把我军装备的美制霍克三式俯冲轰炸战斗机，改装成可同日本先进的“九六”式战斗机相媲美的纯粹战斗机，使中国空军的作战能力，有了新的提高。
他所在的南京大校场一带，曾建设起一座与大校场相同的假机场。
他指挥部队，充分利用这座假机场，迷惑敌人，出奇制胜。一次，日军偷袭大校场，他让大校场关闭灯光，
而把假机场的灯光全部开放，日机果然中计，向假机场狂轰滥射一阵以后，便向回返。
谁知，此时高志航所部正隐蔽于敌机回返途中，敌机刚一进入埋伏圈，便遭到我空军的沉重打击。
事隔不久，一次从江阴方向传来警报，高志航驾机迎战来犯敌人，一阵空战，于镇江上空把两架日军侦察机击落。
高志航判断，敌机遭此损失，不会甘心失败，必然会寻机报复。
他告诫部队作好准备，并详细拟定作战计划。不出所料，三小时以后，日军轰炸机分三批，各九架，由台湾窜飞南京，并伴有驱逐机群在后掩护。
高志航率队升空迎战，他先躲过轰炸机群待驱逐机飞来时，再施行袭击，先后击落敌机数架。
因高志航屡建功勋，他于1937年10月升为空军上校驱逐司令，直辖三个驱逐大队及直属第二十九队。
这个职务，本来可以在地面指挥，不必升空面临危险。
然而，他不安于地面指挥，明知空中作战有危险，也坚决要求临空战斗。上级满足了他的要求，让他继续兼任其所在的第四大队大队长，并且将该队改名为“志航大队”。
升任为空军驱逐司令一个月以后，高志航奉命去兰州接受苏联捐赠的伊一15驱逐机。当时，已是隆冬时节，气候恶劣，驾机有困难。
但他考虑到前线正需要他带队作战，就硬是凭着他平时积累的飞行经验，架机返回。仅隔几日，他又回到兰州再度接机，并飞抵河南周家口机场暂驻。
周家口机场条件很差，警报不灵，在当时我方空军中是人人皆知的。
空军副指挥毛邦初命令高志航率机群经西安、洛阳、周家口三站加油，再飞回汉口机场。
高志航提出周家口机场小，容量不够，防空系统不良，建议不到周家口，经西安、洛阳两站加油，足够飞到汉口。
毛邦初没有同意高志航的建议，坚持按原计划行事。
11月15日，高志航率机群抵达周家口机场，遇气候不良被困，待命至21日，天气转晴，准备飞回汉口时，却遭到日机偷袭。
当时地面上的中国空军来不及起飞，周家口警报不灵的缺点果然暴露了。
高志航不想在此久留，不巧，正赶上该地连降大雪飞机不能起飞。11月21日早晨，天气转晴，高志航在会议室召集会议，研究尽快返回南京。
突然，一阵刺耳的轰鸣声在机场上空响起，高志航一听声音，马上判断出这是日军轰炸机。他抬眼望去，九架日军轰炸机正黑压压地逼进机场上空。
此时，来不及作任何准备了。他只能大吼一声:“快，快快，赶快起飞迎战！”随即，带头向座机奔去，一边跑还一边说“谁怕死，我毙谁！”
人们很难设想，高志航当时是怎样顶着敌机的狂轰滥炸，强行登机的。机械师在高志航的催逼下，紧张开车，一次、两次三次，愈是紧张，加上天气寒冷，三次开车竟然都未成功。
就在这个时候，高志航听到了炸弹投下来的声音，他才明白最后关头到了。
终于，伴随着一声巨响，一颗炸弹向高志航座机处直面扑来…大地在颤抖，祖国蓝天上的一颗明星殒落了！
这位年仅30岁的东北大汉，这位令日本侵略者发抖，使中华民族感到骄傲的中国“天神”，化作一缕青烟，飞向蔚蓝色的天空。他在祖国的蓝天中永生。
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