1950年10月7日，联合国大会批准了联合国军对整个朝鲜进行占领，同一天，美军越过了三八线。紧接着，第二天，两架美国F-80战斗机飞抵苏联滨海地区，进行了低空飞行，并对苏联边境的一个军用机场进行了机枪扫射。 面对美国空军的挑衅，斯大林和苏联政府展现了极大的忍耐。他们没有派空军出动迎战，也没有采取机枪和高射炮反击入侵的美空军。 10月19日，美国承认对苏联边境军用机场进行了扫射，并称这是由于空中领航失误所致，领航员因此被撤职，并表示愿意给予苏联赔偿。但苏联方面依旧没有任何反应。 莫斯科如此谨慎的举动，显示出斯大林宁可忍辱负重，也不愿在此时与美国发生冲突。

在这一时刻，斯大林对朝鲜半岛的局势已经感到非常悲观。美军尚未越过三八线时，斯大林曾积极鼓动中国出兵，甚至承诺苏联空军将提供协助。然而，随着美军越过三八线，斯大林的信心随即丧失。 此时，中国已经决定出兵抗美援朝，而斯大林却改口称，苏联空军最快要等志愿军出动两个月后才会准备好，并且只能驻守在中国境内，甚至在两个月后也不打算进入朝鲜上空作战。 当时新中国刚刚成立，空军力量尚不成熟，而在现代战争中，空军的作用无可忽视。斯大林的反复无常令人遗憾，毫无疑问，这增加了抗美援朝的难度。 斯大林的思维其实不难理解：在仁川登陆后，朝鲜人民军几乎失去了防御能力。可以预见，联合国决议通过后，美国必然会再次发起登陆作战，直捣鸭绿江。以当时装备落后的中国，是否能抵挡美军的进攻呢？既然不能，苏联为何还要主动惹火上身呢？

当周恩来将斯大林的态度传回国内时，毛主席问彭德怀：还能打吗？苏联是不是完全放手了？彭德怀回答：苏联虽然不出动空军，但提供武器，算是半放手了，还是可以打。 于是，英勇的中国人民解放军，在没有空军援助的情况下，秘密踏上了远赴他乡的征程。 10月25日，志愿军与联合国军遭遇，打响了抗美援朝的第一枪，取得了歼敌1.5万人的战绩。苏联空军此时也已在鸭绿江上空就位。从11月1日至12日，苏联空军共击落进入我国领空的美军飞机21架，其中包括2架B-29战略轰炸机。 然而，这些战斗仅限于中国境内。苏联明确规定，其空军的任务仅限于协防美军对中国的空袭和侦察，尤其是保护鸭绿江大桥和安东电站，所有歼击机不得越过鸭绿江一线。

在两个月的战斗中，苏联空军出动飞机1079架次，以损失9架的代价，击落美军飞机68架。自此之后，整个抗美援朝战争期间，再没有一架美国飞机敢于接近中国境内的军事目标。 苏联空军的战斗力无疑很强，但对于在前线作战的志愿军来说，这并未发挥太大作用。由于作战区域的限制，苏联空军并未承担起保护志愿军后勤补给线这一关键任务。特别是随着我军不断向前推进，补给线变得越来越长。在美军的狂轰滥炸下，我们的兵员、粮食、弹药和被服补给几乎断绝，许多志愿军战士甚至不得不赤脚在雪地上行军…… 1951年2月下旬，彭德怀司令员和代总参谋长聂荣臻向苏联驻华军事总顾问扎哈罗夫提出，希望苏联至少派遣两个空军师进入朝鲜，以保护我军在三八线以北的补给线，但扎哈罗夫拒绝了这一请求。 彭德怀对苏联的顽固和谨慎感到愤怒，他于2月26日和28日两次找到毛主席，坚持认为应直接向斯大林提出这一要求。

3月上旬，斯大林出人意料地同意了彭德怀的请求。他表示，如果中国能承担起国内的防空任务，苏联愿意将两个空军师调往朝鲜，以保护中国和朝鲜的后方。 3月15日，斯大林再次主动提出，为了更好地支援作战，苏联将调拨一个大型歼击机师到中国安东，以便中国空军能腾出力量，前往抗美援朝前线进行作战。 显然，经过前期作战，斯大林对中国人民志愿军的战斗力有了重新的认识、信心与信任。 1951年8月，开城谈判结束后，美国空军恢复了对我补给线的轰炸，而经过充分准备的苏联空军也终于迎来了与美国空军的正面交锋。

从9月到10月，双方发生了一系列激烈的空战，尤其是10月30日，苏联空军以44架米格-15对战美军21架B-29轰炸机和200架护航歼击机组成的集群，成功击落12架B-29轰炸机和4架护航歼击机。美国不得不下令禁止B-29在白天执行任务，飞往半岛西北。 凭借英勇的作战，苏联空军在鸭绿江到清川江的上空建立起了让美国飞行员心生畏惧的米格走廊。 需要特别指出的是，这些成绩的取得是在苏联空军面临种种严格限制的情况下完成的。在每一次作战中，苏联飞行员被要求穿上志愿军的制服，签署保密协议，承诺不泄露曾参与对美作战的消息，并且必须在任何时候避免在空中使用俄语。最重要的是，他们被要求绝不能被俘。 这些种种限制无疑给苏联飞行员的作战和交流带来了很大的困扰，也在一定程度上妨碍了他们的作战效率，使得米格-15的战斗力未能得到最大程度的发挥。

斯大林明确规定苏联空军只能在后方作战，而前线的任务完全交给了中国空军。由于苏联空军不受地面部队指挥，缺乏有效的合作和沟通，甚至在战时发生了人民军向苏联空军开火的事件。所有这些，都暴露了斯大林的顾虑：他不想激化美苏之间的矛盾。 讽刺的是，美国也在尽力避免与苏联发生直接冲突。实际上，美国空军早已意识到，他们的真正对手是苏联空军——从米格-15的驾驶舱里，美国飞行员能够看到熟悉的欧洲面孔，并且在监听中也能听到飞行员用俄语交谈。 然而，尽管这些真相被上报，华盛顿选择了保持沉默，封锁消息。时任美国国务院政策计划司司长P·H·尼采后来在采访中表示：如果我们公开这些事实，公众会要求我们采取更强硬的措施，最终只会使战争升级，可能会导致与苏联的全面冲突。 为了避免舆论压力，艾森豪威尔政府及之后的美国历届政府始终严格封锁这一消息，直到上世纪90年代，苏联解体，美苏争霸宣告结束，这段被尘封的历史才得以公之于众。

根据统计，在抗美援朝期间，苏联空军共参战72000人次，与美军空军进行了1872次空战，击毁敌机1106架，自己损失335架，阵亡120人。当然，这一数据与苏联空军没有深入前线作战有着密切关系。