月到达东北担负防空任务的。这是在朝鲜参战的苏联空军的第一支部队。1950年11月1日，苏联飞机出现在朝鲜上空。根据驻华军事总顾问扎哈罗夫大将给斯大林的战况报告，这一天，朝鲜飞行团的6架雅克-9飞机“首次在安州地区执行战斗任务。这次战斗的结果是击落了两架B-29轰炸机和一架野马式战斗机。从战斗任务中，有两架雅克-9飞机未能返回”。参战的苏联飞机是在安东-新义州地区投入战斗的，“我们的飞行员用米格-15飞机击落了两架F-82，另两架飞机是被高射炮击落的。共击落4架飞机。在空战中，我方没有损失飞机。”“别洛夫同志的米格-15是从沈阳和鞍山两个机场起飞的，每个机场共起飞了8个架次。”在斯大林眼中，出动空军为中国军队提供援助是最敏感的问题，而苏联空军在志愿军于10月25日正式打响地面战斗后的第7天便投入了战斗，尽管只是在鸭绿江上空，也足以说明斯大林的决心和对毛泽东出兵决策的支持。
第一次空战取得成功后不久，苏联空军在驻守沈阳地区的第151和324两个歼击机师的基础上组建了由空军少将别洛夫指挥（以后是洛博夫继任）的第64独立歼击机航空军。苏联空军的主要任务是保护鸭绿江上的桥梁、发电站和大坝，以及在中朝边境以南75公里之内北朝鲜领土上的交通线和飞机场，以免遭敌机的袭击。此时，第64航空军也从沈阳和鞍山基地转场到中朝边境上的安东机场。仅在11月上半月，苏联飞行员便取得了击落23架美国飞机的优秀战果。同时，斯大林决定分两批再为别洛夫增派120架米格-15新式战斗机。
除了米格-15飞机的性能可以同美国的F-86飞机相匹敌外，苏联空军在朝鲜战争中的整体实力与美国相差很远。不仅飞机和飞行员以及后勤人员的数量大大少于美国，而且在地面导航、无线电干扰、雷达侦察、通讯联络等技术装备方面十分落后，甚至为空勤人员提供的服务和生活条件也比美国差得远。但苏联喷气式歼击机投入战斗还是对朝鲜的整个空战局面有很大影响，特别是对被称作“空中堡垒”的B-29战略轰炸机造成极大威胁。“第64航空军的飞行员与B-29多次交锋，每一次交锋都以美国人遭受沉重损失而告终，重创给他们造成了很大的痛苦和刺激，因为四个发动机的轰炸机价值昂贵，而且常常是10至12名的机组人员也同机死亡。正如美国人承认的那样，喷气式护航歼击机保障不了轰炸机的安。”
到1950年11月底，让美国远东空军司令部感到头痛的是无法在鸭绿江地区为实施战略目标轰炸的美国飞机提供安可靠的保障。例如，11月6日美国驻远东空军司令乔治?斯特拉特迈耶在命令中要求自己的战略轰炸机兵团摧毁鸭绿江上6座战略桥梁和10座北朝鲜的边境城市，但苏联空军的加入使美国空军未能完成任务。过去，美国飞机可以在300米低空俯冲轰炸，还可以反复轰炸，而现在苏联防空火炮的对空射击迫使战略轰炸机只能在6000-7000米以上的高度实施轰炸，从而大大降低了投弹的准确性；而性能优越的米格-15飞机参战又迫使美国轰炸机只能在目标区停留很短的时间，这样也阻滞了美国空军执行其轰炸任务。战争开始以来美国军队的空中优势第一次受到怀疑。
尽管如此，美国在朝鲜战场上仍拥有强大的空中力量。特别是随着中国军队向南推进，其后方补给线不断延长，而遭受美国空军轰炸和袭击的威胁也日益严重。显然，苏联空军只在鸭绿江上空作战，远远无法保证中国军队物资和兵源的补给。为了掩护中朝军队的后方交通运输线，经与苏联政府商定，自1951年1月10日起，由苏联空军出动两个师，掩护辑安至江界、安东至安州两条铁路运输线，以保证后勤供应。然而，战局的进一步发展要求苏联空军的作战半径继续向南扩展。在第三次战役时，中朝军队已经越过三八线，而苏联空军由于其基地在中国境内，受到飞行距离的限制，无法进一步南下，致使中朝联军在江界、安州一线以南地区的物资运输和部队调动，完处于敌方空军的威胁之下。