當時，在宋美齡的大力經營之下，盡管空軍狀況已有了較大的改觀，與日軍相比仍是相差懸殊。中國空軍總共有飛機約600餘架，但能用於作戰的飛機才將近一半。日軍有飛機共約3000架，俟用在上海方麵的就有400餘架，遠遠超過中國空軍擁有飛機的數量。而且，日寇在上海建有機場，敵機的起飛地距離前線至多不超過5英裏，因而可以從容往返，補充燃料和彈藥，日本空軍牢牢地掌握著製空權。
盡管中國空軍遠居劣勢，但飛行員的素質和愛國心都是一流的。在宋美齡等人的敦促和領導之下，中國飛行員勇敢地參加到了對日作戰之中，為中華民族抗擊日本侵略者，保衛國家主權建立了不朽的功勳。
8月14日，18架日軍轟炸機從台灣新竹基地起飛轟炸杭州，中國空軍第四大隊大隊長高誌航率27架戰鬥機升高攔截，擊落6架敵機，自己無一受損。中國空軍第一次空戰即獲驕人戰績，全國欣慰，宋美齡建議將這一天定為中國空軍節。
在上海、南京、武漢的對日空戰中，中國空軍將士使用有限的空中力量盡力加以還擊，英勇的飛行員隻要一息尚存，便勇猛地同敵機周旋，許多人不願從打壞的飛機中跳傘，而是選擇連人帶機直撞敵人的戰機。但是，苦於沒有飛機補充，中國空軍在武漢會戰之後幾乎不複存在，到1940年宋子文使美時全國飛機不足百架。由於中國幾乎無機可以應戰，致使日軍經常直飛重慶狂轟濫炸。
全麵抗戰開始以後，宋美齡經常在新聞電訊和寫給她的朋友的信函中，詳細介紹中國航空委員會的工作情況，並報道空襲、空戰的情況。
抗戰前期，美國政府為保持其所謂“中立”立場，不準中國以現金向美國購買的飛機運送出口。為表示對此政策的極度憤慨，宋美齡於1937年10月12日，以《中國固守立場》為題發表文章，駁斥美國的做法。她在文章中詳細地開列日本在上海啟釁兩個多月來使用飛機轟炸中國，給中國人民帶來的巨大的災難後，指責美國政府“禁止船舶運輸軍火來華，並且拒絕頒發赴華美籍教練員的護照”，是“阻撓我們尋覓自衛的途徑，並且間接地幫助敵人，完成他們打擊我國至屈膝的威脅。這種意欲保持中立的舉動，實則不過助紂為虐，還有什麼疑義呢？”
宋美齡在這篇文章裏義正辭嚴，說出了蔣介石想說也不敢說和不會說的話。文章一方麵表現了宋美齡對日本侵略者濫炸中國無辜的痛斥，另一方麵也揭露了美國的真實動機。這些報道和文章對於加強人們對於中國航空事業的重視，更多地爭取國際上對中國處境的同情及對中國空軍的援助起到了積極的作用。
宋美齡付出巨大心血參與創建的中國空軍部隊，在抗日戰爭期間，為中華民族抗擊日本侵略者立下了屢屢戰功，成績卓著，但在航空委員會內部管理上，卻一塌糊塗，腐敗不堪。據端納回憶：航空委員會雖在杭州成立了中央航空學校，訓練中國的飛行員。理論上這所學校受美國專家領導，但因學校內部的權力紛爭傾軋，造成一片混亂，專家、顧問根本無法發揮作用。為了整頓這所學校，1936年10月，端納來到了該校後，立即找到了問題的症結所在一——官吏貪贓枉法。他利用背後有蔣介石和宋美齡作後盾的條件，革除了一些人員，將學校領導權完全交給美國人。
端納一到南京，又立即著手協助宋美齡改組航空委員會，消除委員會內部人員的權力傾軋和腐敗現象。端納和宋美齡在航空委員會及其他有關部門揭露出一件件貪汙賄賂、腐敗行為的醜聞，並決心將這些人清除出航空委員會，但蔣介石竟然拒絕清除這些人，聲稱這樣做會使他失去一支空軍。端納發怒了，他找到宋美齡，不厭其煩地對她說：“你要擺脫這個該死的工作。你辭職吧。如果你不辭職，有一天你會因整個混亂受到責難。”端納說：他非常喜歡和欽佩宋美齡，但對她忽視他的意見和寬容她自己圈子裏的貪汙賄賂行為深為不滿和苦惱。
事實上，宋美齡無法超越國民黨和蔣介石的威權統治體製，她隻能是這個體製的一根支柱。這是她政治權力的宿命，她要想對環境施加影響，就必須在某種程度上適應環境，絕不是與環境相衝突，這是端納以長者愛女之情不願接受的。
宋美齡在1938年初辭去了航空委員會秘書長的職務，據說是因為戰時工作的緊張損害了她的健康。她的辭職並不影響“空軍之母”的稱號，中國空軍的發展曆程中已經凝聚了她無數的心血，她的關心和影響並不因離職而中斷，由於很快又成為飛虎隊的名譽隊長，宋美齡實際上依然直接指揮著中國空軍，隻要她有意願有精力。