1927年1月，19岁的高志航以优异成绩学成回国，随后被张学良将军任命为东北航空处飞鹰队少尉（陆军衔）飞行员，随后任东北航空教育班少校教官。凭着高超的飞行技术，多次得到上级的嘉奖，1931年被任命为东北航空处飞鹰队队长。

1931年9月18日，日本发动事变，占领沈阳。当晚高志航不顾家人劝阻，从皇姑屯车站南下寻求抗日出路。由北平奔南京航空署的朋友而去，来到军政部航空署所属的第四队，当了一名少校飞行员。

1935年，高志航奉命去意大利考察空中驱逐技术及购买飞机。

1937年8月13日，爆发了淞沪大战。因大雨中断联系多日的高志航，再也按捺不住焦躁的心情，强迫一架因雷雨迷航降落周家口的外国大福特运输机飞往南京，参加了空军高级将领会议，领受飞往杭州笕桥轰炸日军第三舰队的任务。

1937年8月14日14点50分，日本海军第三舰队司令长谷川清命令驻台北的18架“九六式”陆上攻击机于空袭杭州笕桥机场，企图摧毁中国空军摇篮中央笕桥航空学校和机场设备。高志航将军率领空军第四大队起飞迎战，一举击落、击伤敌机6架，首开对日抗战空战全胜纪录，被誉为“空军战神”。

1937年11月21日，周家口机场接到海洋监视哨的报告，有11架日机向该机场飞来。高志航将军下令立即起飞作战，然而此时日军战机已飞至机场上空，在日机的俯冲轰炸下高志航登上座机，刚进入机舱既被早有准备的日军战机投下的炮弹炸中而殉国，时年30岁。