武漢失守之後，中國空軍在人員、飛機上均有較大損耗，作戰飛機僅有135架。
為了進行整補，暫時停止了出擊。
各轟炸機中隊調至成都、宜賓整訓，各驅逐機中隊調至重慶、成都、蘭州等地駐防和訓練。
蘇聯志願航空隊亦轉至蘭州基地進行休整。
1939年春，從蘇聯又購進一批飛機，補充中國空軍和蘇聯志願航空隊。
作戰飛機增至245架。
此時，蘇聯志願航空隊有4個大隊（轟炸、戰鬥各2個），中國空軍有7個大隊及1個獨立偵察中隊。
其中，第1、第2、第6、第8大隊為轟炸機大隊，第3、第4、第5大隊為驅逐機大隊。
一部兵力統一駐防西安、梁山、吉安、衡陽、南施等機場擔任警戒，其他集中于蘭州、漢中、重慶、宜賓、昆明、柳州、芷江進行訓練。
為便于指揮作戰，将領導機構改編為1個軍區司令部和3個路司令部。
第1軍區司令部（司令官黃秉衡）駐蘭州，所屬第1路司令部駐重慶，第2路司令部駐桂林，第3路司令部駐成都。
1939年上半年，日軍在華飛機共有500架左右（海軍航空兵200餘架，陸軍航空兵280餘架）。
6月間諾門坎事件發生後，日本陸軍航空兵團司令部及5個戰隊調往中國東北。
在中國關内的陸軍航空兵編為第3飛行集團，下轄第1、第3飛行團和第21獨立飛行隊，分駐華北、華中和華南。
此時，日軍已無力發動大規模的戰略攻勢，其陸軍省與參謀本部制訂的《今後對華處理辦法》規定：“如無特别重大的必要時，不再擴大占領地區。
”同時，其參謀總長載仁親王奉敕于1938年12月2日下達《大陸令第241号》，規定侵華日軍的主要任務是“确保占領地區，促使其安定，以堅強、長期圍攻的态勢，努力撲滅抗日殘餘勢力”，但對其航空兵，則命令華中派遣軍司令宮主要擔任華中及華北的制空進攻戰，特别是制壓和襲擾敵人的戰略、政略中樞，并秘密與海軍協同，努力殲滅敵人的空軍作戰力量。
此後，日軍即加強了對中國内地各重要城市的空襲，企圖摧毀中國軍民的抗戰意志，迫使國民政府屈服。
在此之前，日軍航空兵已經對中國内地進行過多次轟炸，但其空襲的目标，主要是軍事要地和機場，此後則改變為以打擊中國政治、經濟中心為主，以打擊軍事目标為輔的方針。
1938年12月26日第1次空襲重慶後，即不斷空襲蘭州、成都、宜賓等後方城市。
1939年2月上旬，開始轟炸延安。
中國空軍在迎擊和反擊的戰鬥中，曾取得一些戰果，不斷擊落日機。
11月4日，日海軍第13航空隊72架飛機襲成都時，其司令官奧田喜久司被中國空軍擊斃。
10月3日、14日，蘇聯志願航空隊兩次空襲武漢日軍機場，共炸毀日海軍飛機70餘架，志願隊飛機僅受傷3架。
但總的來說，由于實力懸殊，中國空軍損失甚巨，特别是在日機頻繁的空襲下，後方人民的生命财産遭到空前的浩劫。
尤以重慶所受的破壞更大。
如5月4日的空襲，炸毀房屋1200餘棟，居民死亡4400餘人，負傷3100親人。
1940年初，中國空軍尚有戰鬥機112架、轟炸機49架。
撤銷了第2、第6大隊的番号，保留第1、第3、第4、第5、第8大隊和直屬第1、第25中隊。
在蘇聯購買的飛機，因交通困難，難以及時補充消耗。
第二次世界大戰爆發後，歐洲局勢日趨緊張，蘇聯為求自保，更無力向中國供應飛機和航空器材。
中國空軍的處境，更為嚴峻。
據中國《空軍遊擊計劃及作戰計劃》記載，至1940年8月，中國空軍所剩的各式作戰飛機僅有61架。
國民政府認為，1940年“是抗戰中空軍作戰最黑暗的時期”。
1940年，據日軍5月間統計，在華日軍陸海軍航空兵的作戰飛機共有