1942年5月，日軍占領緬甸後，企圖繼續北進侵入雲南。為阻止日軍跨越怒江，陳納德指揮誌願大隊，對騰衝、保山和龍陵一帶的日軍運輸隊全力進行阻擊。在誌願大隊的連續轟炸下，全殲了一隊企圖強渡怒江的日軍。6月，陳納德率領司令部及2個中隊趕赴桂林。12日，誌願大隊在桂林擊落8架日機。桂林民眾歡欣鼓舞，自籌2萬元犒勞飛虎隊。
在遭受飛虎隊的連續痛擊後，日軍飛行員十分膽怯，不斷向日本大本營要求增援，使得之後日空軍疲於應付。日本空軍部也開始承認，中國空軍是最為出色的航空兵之一。
由於日本侵占緬甸，外部世界通往中國的道路——滇緬公路——基本中斷。為能夠將抗戰急需的大量外援物資順利運進中國，中美隻得共同開辟“駝峰航線”。
駝峰航線，顧名思義，所經山峰起伏連綿猶如駝峰，它橫穿了喜馬拉雅山脈，整條航線長約800公裏。在當時，“駝峰航線”既是條可提供全天候戰略物資運輸的空中航線，也是世界軍事史和航空史上，地形最為險要、用時最為長久、飛行條件最為艱苦、付出代價最為慘烈的悲壯的空運航線。整條航線山勢複雜、氣候多變，飛機隨時都有墜毀和撞山的危險，也正是因此處航線高得嚇人的飛機失事率，“駝峰航線”又被稱為“死亡航線”。
在當時這場最大規模的空中運輸戰中，中國航空公司共有8萬架次的飛機參與飛行戰鬥，美軍也先後投入2 000多架飛機，雙方參加人數接近十萬人，僅戰鬥人員就有三萬多人，交戰中僅美軍一個擁有629架運輸機的第10航空聯隊就損失飛機563架，近乎全軍覆沒。據事後統計，中國方麵戰前戰後共計投入運輸機100架，最後損失了48架飛機，犧牲了168位優秀飛行員，損失率達50%。而作為誌願軍的美軍共計損失飛機1 500架以上，犧牲飛行員將近3 000人，損失率超過80%。
“二戰”結束後，對於“駝峰航線”的巨大犧牲，《時代周刊》曾這樣描述：“在長達800餘公裏的深山峽穀、雪峰冰川間，一路上都散落著這些飛機碎片，在天氣晴好的日子裏，這些鋁片會在陽光照射下爍爍發光，這就是著名的‘鋁穀’——駝峰航線！”
在長達3年的艱苦飛行中，飛虎隊隊員在駝峰航線上共運輸戰略物資85萬噸，創造了當時人類空運記錄的奇跡，直至幾年後，1949年柏林封鎖時的空運行動打破了這一記錄。
1942年7月3日，在中美兩軍協調下，陳納德將原美國航空誌願大隊解散，部分隊員和飛機歸並美國陸軍航空隊第23大隊，與派駐中國的第16戰鬥機中隊組成美國空軍駐華特遣隊，陳納德任司令，軍銜仍為準將，隸屬於美國陸軍第10航空隊。這支隊伍在中國、印度和緬甸進行了持續時間長達7個多月的空中戰鬥，取得了擊落日機約150架和摧毀日機約297架的輝煌戰績，誌願隊最終隻損失了12架飛機以及地麵被摧毀61架飛機。
1943年3月10日，美國空軍駐華特遣隊改編為美國陸軍第14航空隊，陳納德晉升為少將司令。
抗戰勝利後，陳納德被授予青天白日大藍綬帶。
1992年，美國政府宣布承認“二戰”期間誌願大隊的服務等同於在美軍服役，由陳納德創建並率領的飛虎隊的誌願者們也得到了退役軍人待遇，一些老兵於1996年獲頒發獎章，飛虎隊則獲頒“美國總統勳獎部隊”榮譽。