愿队来华后于华中地区进行整补，并于南京保卫战前夕开始进行任务。正式参战则是在1937年12月1日，23架I-16与20架SB轰炸机进驻南京，但因日军进军过快12月9日便撤离转场南昌与汉口，虽然时间不长，但是当时同样仍在南京的空军美籍陈纳德回忆中对于苏联I-16採高速俯冲的混合动作甩开日军战机有着深刻印象，这个回忆经过整理成为日后训练飞虎队时重要的空战技巧。1937年12月2日，M· G·Machin率领的9架SB轰炸机编队从南京起飞，对上海的日军机场进行轰炸。苏方估计摧毁了机场上30-35架日本飞机，并击落