而最先交上火的並不是雙方地面上的步兵部隊而是雙方的空軍。
李志航正帶領4架戰鬥機6架轟炸機往遼陽方向而來.準備轟炸對面日軍第16旅團和第33旅團，正巧日軍增援的關東軍飛行隊也派出了6架91式戰鬥機6架88式輕型轟炸機從南邊飛來，雙方在遼陽上空狹路相逢，日方戰機排成4個V字型陣型。
李志航通過日機編隊情況判斷出日軍有12架戰機，而己方僅10架，其中戰鬥機僅4架實力要稍弱於日方，不過他毫無懼色對著副射手說道：「看看這次我們能擊落幾架日機」。
說完之後沖邊上戰機打了打手勢，意思是迎上去，日機也發現了對面抗日軍的戰機，迎頭沖了上來
李志航將整個編隊分為了三部分，由兩架戰鬥機正面吸引住敵人，他則帶領另一架戰鬥機先向東方向拉90度使其背對著太陽，而後將戰機拉伸上去準備俯衝下來射擊日軍。
日軍指揮官三輪寬也同樣經驗豐富，他利用己方飛機數量多的優勢，先以3架戰鬥機直撲正面吸引的抗日軍2架戰機，打算將其殲滅之後，再掉轉頭來對付李志航這個方向的,2架飛機。
剩餘的3架戰鬥機則前去攻擊抗日軍的6架轟炸機，而日軍的轟炸機乘機前去轟炸地面上的抗日軍的步兵。
等李志航將飛機拉至上空時，他發現下面的3架日機和己方的2架戰鬥機糾纏的緊，李志航害怕誤傷己方，而這時他正好看到日軍轟炸機正準備往第1師和第2師頭上投彈，立即帶領自己的僚機沖向日軍轟炸機。
李志航在距離較遠的地方就開火，甚至超出了飛機上大口徑機槍的射程範圍，日機匆匆扔下炸彈被迫向西逃竄，日機扔掉炸彈後機身變輕，逃的速度也極快，根本來不及追趕。
日軍扔下的炸彈大多數都扔偏了，僅有為數不多幾顆掉在抗日軍的陣地附近，見抗日軍空軍趕走日軍飛機，陣地上的抗日軍士兵都興奮的爬上戰壕歡呼。
天空中的戰鬥還在繼續，三3架日軍戰機已將我方兩架轟炸機擊落，好在飛行員在墜機前已經跳傘，地面上的趙正香看見之後趕緊派出騎兵部隊前去搜救。
李志航在趕走日軍轟炸機之後，調轉頭來對付正在追趕抗日軍轟炸機的日軍戰鬥機，3架戰鬥機成V字型朝李志航沖了過來，李志航和僚機也正面迎了上去。
就在飛機將要接近日軍機槍射程範圍的時候，李志航向上拉伸衝到日機上方，而僚機則向下俯衝衝到日機下方。
迎面而來的3架日機被李志航這一招搞得措手不及，其實從空戰發展而言，日軍的空戰戰術早已落後，此後流行的戰術就是兩機制，主機輔機相互轉換角色，主機誘敵僚機攻擊，僚機誘敵主機攻擊。
李志航向從上往下俯衝攻擊日機，日機想要躲避可是已經來不及，李志航甚至可以看見駕駛員護目鏡下面那錯愕的表情，李志航打出一串連射，他看到子彈打入日軍飛行員的身體內將他撕成碎片，日機帶著濃煙打著轉掉了下去。
他的僚機自下往上進攻，可惜那一架日機靈活的一陣躲閃，緊緊被擊中了機翼，李志航看見這架日機受傷後死死咬住他。
日機由於機翼受傷速度漸變慢，且飛機變得了不好控制，逐漸被李志航追上，李志航對著日機後方打出了一串長連射，子彈鑽進了日機的引擎和油箱中，機翼彎折起來，引擎被扯到空中，整架飛機突然臨空爆炸，李志航架機從爆炸的飛機側翼掠過。
3架戰機中僅剩的一架日軍戰機趕緊朝另外3架戰機的方向逃去，另一個方向僅剩的一架抗日軍戰鬥機已經傷痕累累，飛行員正憑藉著高超的技術不斷躲避後面日機的追擊掃射。
李志航追著逃跑的日軍戰機而去，另外追擊中的3架日機停止追擊，在空中劃出一個弧度沖向李志航。
李志航一眼就看穿了日機想要憑藉數量優勢來擊落自己，他立即向下俯衝躲避日機的這次正面衝擊。
日機正面撲了一個空，看到正向下俯衝的李志航和僚機，日機也向下俯衝緊緊緊緊咬住李志航，李志航不斷躲閃避讓，但依舊被日軍擊中了機翼。
李志航意識到對面日軍飛行員的戰鬥力要比之前自己見到的都要強出不少，被他這麼一直咬著追下去是死，轉身和他同歸於盡也是死，死也要死的壯烈。
李志航帶著日機兜了幾個圈之後與日軍拉開距離，他調轉機頭衝著一直追著自己的日機迎面撞了上來，日機被李志航這種悍不畏死的打法嚇到，在即將相撞的關鍵時候膽怯了。
拉轉機頭躲閃，就在這電光火石之間，李志航瞅準時機機槍連發數彈擊中敵機發動機，日機冒出一股黑煙朝下墜落而去，李志航不知道的是，他擊落的這架飛機的駕駛員正是後來有著日軍空軍四大天王之稱的三輪寬。
三輪寬的飛機剛一落地，還沒等他爬出機艙，就擁上來一大群拿著棍棒的老百姓，九一八事變之後，日軍飛機沒少轟炸遼陽等地，老百姓們早已對這群小鬼子恨之入骨，直接將他拖出來用棍棒打死。
剩餘的3架日機見狀已無心再戰，調轉機頭向南逃竄，而李志航的戰機經過連番交戰早已千瘡百孔李志航擔心自己飛不回瀋陽就準備降落到遼陽。
地面上的趙正香及東北抗日軍戰士們看到這一幕精彩的空戰，紛紛叫好，士氣大震，對面日軍則如喪考批。
趙正香看到李志航的飛機慢慢朝後面遼陽降落，沖警衛連長喊道：「趕緊派人去把我們的英雄接回來」。
派出去的騎兵沒過多久就帶著李志航回來了，周圍的抗日軍戰士看見李志航後都沖他鼓起掌，歡呼起來吼道：「抗日軍空軍萬歲」。
趙正香快步走上前握住李志航的的雙手，看著滿臉硝煙的李志航笑著說道：「你們是我們吉林抗日軍的英雄，打了我們這場戰役的第1場勝仗」。