W agresji Niemiec na Polskę dowodził wydzieloną grupą lotniczą, której zadaniem było wspieranie natarcia niemieckiej 10 Armii na Warszawę. Zdaniem części publicystów na bezpośredni rozkaz Richthofena został 1 września 1939 wykonany nalot na Wieluń. Richthofen na pokładzie lekkiego samolotu Fi 156 poleciał nad linię frontu, chcąc obejrzeć skutki nalotów przeprowadzonych przez jego bombowce, ale jego samolot został ostrzelany przez polskich żołnierzy i z trudem zdołał wylądować.