空中大混战
在地面上的坦克大战进行得空前激烈时，空中的大战也打得天昏地暗
日本实施大规模飞机集群轰炸后，制空权一度被日军掌握，但东北军很快扭转了局势。东北军把速度高于日军战斗机而机动性稍差的“云雀”式战斗机与速度低于日军飞机而机动性更强的“雨燕”式战斗机编组在一起，并将速度与火力都超过日本飞机的“披毛犀”式新型战斗机及新式的“快刀”中型轰炸机投入战场上空。
9月7日，在双方地面战争接近尾声时，空战正进入。
驻东西伯利亚的日本陆军航空兵部队是第2飞行军团，飞行军团由两个以上的飞行团构成，飞行团下属编制为飞行战队。由于飞行团专门担任制空或者是对地攻击任务，其编制时常根据战况发生改变，但飞行军团一般会下辖10个飞行战队，每个飞行战队后来被分为3个飞行中队。由于日本陆军航空兵的编制极为混乱，如飞行战队这个编制，是
年才从飞行大队和连队改编而来。而飞行军团编制也是
1939年才出现，第2飞行军团是在
年
月与本土的第1飞行军团一起编成，
年
月就被改编为第2飞行师团，其下辖的各战队始终是变幻莫测。桑叶河战役前第2飞行军团手里有两个飞行团，负责制空任务的第
12飞行团拥有4个使用战斗机的飞行战队，第1飞行战队、第
64飞行战队和第
11飞行战队共装备
架先进的“烈风”，而则使用较为落后的“零”式的第
飞行战队虽然在纸面实力上也拥有几十架战斗机，日本方面去很有自知之明，没有将这些飞机送给中国人做点心。
日本的飞行中队装备战斗机时标准配置为
10架，实际为
8至12架，使用轰炸机或者观测机时则只配备
架，实际一般不会多于
架，也不会少于
架。
除了战斗机之外，第2飞行军团还装备了
24架轻型轰炸机和13架重型轰炸机，全部属于第9飞行团。与战斗机部队相比，轰炸机飞行队的来源更为繁杂，比如
13架重爆，就包含第
12飞行战队的两个飞行中队。
1940年的日本陆军航空兵已经不再是嗷嗷待哺的“雏鹫”
，开始将贪婪的眼睛盯上西面的中国东北军空军，后者在和苏联的历次武装冲突中表现极为活跃，给日军造成了巨大困扰。虽然中日两国的航空水平都属于世界一流，但是中国的工业化和大规模生产做的较好，人力资源也更为丰富，日本陆军航空兵本部认为与东北军拼消耗是不明智的，因此决定通过将航空部队与基地分离的方式增强航空部队的机动性，依靠快速前线机场展开，攻东北军不备，这种偷袭战术与德国闪电战在航空力量方面的使用设想不谋而合。为了使航空部队不再拴在各自的机场上，从
年开始，也就是昭和12年，日本陆军航空兵开始在中日对峙的前线东西伯利亚和日本本土组建拥有支援地勤甚至是机场高射炮部队，能够脱离机场机动作战的飞行战队。各飞行战队手中的日常地勤维护和拥有大修能力的野战工厂以及机场地面防御部队都被统一编为“飞机场大队”。
至此日本陆军航空兵总算拥有了快速前沿展开的能力，但是其飞行战队编制仍过于臃肿，在太平洋战场上，日本陆军航空兵又发展出更为激动灵活的飞行师团，和能够与地面紧密协同，编制比一般飞行中队稍大的“飞行中队”，两个飞行中队就可以构成一个“飞行队”。
混
弹窗广
告)当然这种灵活编制并非凭空出现，其滥觞就是在东西伯利亚和中国战场多次出现过的“飞行大队”。
飞行大队进驻白桦城之后没几天，7月20日或
21日，桑叶河上空爆发了第一次空战，一架执行战场侦察巡逻任务的东北军“青凤”侦察战斗机被日军“烈风”式战斗机击落。在被袭击之后东北军针锋相对的派出战斗机在桑叶河上空磨拳擦掌，7月22日第一次双方战斗机爆发首次正面交锋，日方的记录中，一架“烈风”在巡逻中遭遇了
架“青凤”战斗机组成的机群，并将其中三架击落，中方的记录承认了失败，但是细节上与日军有些出入：3架“青凤”和2架“云雀”
被5架日军“烈风”
偷袭，一架“青凤”不幸被击落，另一架虽然身负重伤，却安全降落。与此同时，东北军和日军的司令部都在四处搜罗援兵充实本方的空军实力，东北军方面在
7月
日之前的准备显得漫不经心，动起手来却发现对面的日本人明显是蓄谋已久有备而来。痛定思痛，中国人以惊人的效率将战机塞满了能够覆盖桑叶河的机场。