1950年10月7日，联合国大会批准联合国军对整个朝鲜进行占领。当天，美军便越过了三八线，紧接着第二天，两个美国F-80战斗机飞抵苏联滨海地区，进行了低空飞行，并对苏联边境的一个军用机场进行机枪扫射。面对美空军的挑衅，斯大林和苏联政府表现出极大的忍耐，他们没有派遣空军迎击，也没有使用高射炮或机枪进行反击。直到10月19日，美国才承认确实对苏联边境的军用机场进行了扫射，理由是空中领航不精确，导致误伤，领航员也因此被撤职，并表示愿意赔偿苏联资金。尽管如此，苏方依旧没有做出任何回应。斯大林的这种谨慎态度显示出他宁愿忍辱负重，也不愿在这个关键时刻与美国直接对抗。此时的斯大林对朝鲜半岛的前景感到极为悲观。在美军尚未越过三八线时，斯大林曾积极鼓励中国出兵，并许诺会提供苏联空军支持，但当美军越过三八线后，斯大林的态度发生了变化，他开始失去信心。

此时，中国已经决定抗美援朝，但斯大林却改变了口风。他表示，苏联空军将需要等到志愿军出动两个月后才能准备好，且空军只能驻扎在中国境内，不能进入朝鲜上空作战。当时的新中国刚刚成立，空军力量尚不成熟，而在现代战争中，空军的作用是至关重要的。斯大林的态度令人大为失望，也无疑增加了抗美援朝的困难。斯大林的想法并不难理解：在美军完成仁川登陆后，朝鲜人民军几乎失去了防御能力。可以预见，联合国决议通过后，美国很可能再次发起登陆，目标直指鸭绿江。面对装备落后的中国军队，是否能抵挡得住强大的美军？显然，斯大林认为中国难以抵抗，因此不愿再冒险。这时，当周总理把斯大林的意思传回国内，毛主席问彭老总：我们还能继续打吗？苏联是不是完全放弃了？彭老总答道：苏联空军不出动，但提供武器，算是半放手，我们还是可以打。于是，尽管没有空军援助，英勇的中国人民解放军依然秘密踏上了赴朝作战的征途。

10月25日，志愿军与联合国军遭遇，打响了抗美援朝的第一枪，并成功歼灭了1.5万敌人。此时，苏联空军已经在鸭绿江上空驻守，从11月1日至12日，苏联空军共击落入侵我国领空的美军飞机21架，其中包括2架B-29战略轰炸机。然而，这些战斗仅限于中国境内，苏联严格规定其空军的任务是协防美军对中国的空袭，尤其是保护鸭绿江大桥和安东电站，所有歼击机不得越过鸭绿江一线。在这两个月的作战中，苏联空军出动了3个师，共1079架次，损失9架飞机，成功击落68架美军飞机。此后，抗美援朝战争期间再也没有一架美军飞机敢接近中国领土上方的军事目标。尽管苏联空军战斗力强悍，但这对志愿军在前线的作战帮助不大，因苏联空军仅限于中国境内作战，无法有效保障志愿军的后勤补给线。随着我军不断向前推进，补给线越来越长，而美军的狂轰滥炸使得我们几乎无法补充兵员、粮食、弹药和物资，一些志愿军战士甚至不得不赤脚在寒冷的雪地里行军。

1951年2月下旬，彭德怀司令员和代总参谋长聂荣臻向苏联驻华军事总顾问扎哈罗夫提出，希望苏联能够至少派遣两个空军师进入朝鲜境内，以保障我军在三八线以北的补给线。然而，扎哈罗夫却拒绝了这一提议。彭老总对此非常愤怒，他在2月26日和28日两次找到毛主席，坚决认为应该直接向斯大林提出这个要求。3月上旬，斯大林意外地同意了彭德怀的请求。他表示，如果中国能够承担国内的防空任务，苏联将派遣两个空军师进入朝鲜境内，为中国和朝鲜的后方提供保护。3月15日，斯大林又主动提出，为了更好地作战，苏联将调遣一个大型歼击机师到中国安东，以便中国空军腾出力量支援抗美援朝的前线作战。显然，经过一段时间的作战，斯大林对中国志愿军的作战能力有了更高的认可和信任。

1951年8月，开城谈判结束后，美国空军恢复了对中国补给线的轰炸，而经过充分准备的苏联空军终于迎来了与美国空军的正面交锋。从9月到10月，双方发生了一系列空战，尤其是10月30日，苏联空军派出44架米格-15战机与美军的21架B-29轰炸机及200架护航歼击机进行对决，成功击落了12架B-29轰炸机和4架护航机。美国不得不下令禁止B-29在白天飞往半岛西北执行任务。苏联空军凭借其英勇的作战，成功在鸭绿江至清川江上空建立了令美国飞行员闻风丧胆的米格走廊。值得注意的是，这一切都是在苏联空军受限的情况下取得的战果。每次作战时，苏联飞行员都被要求穿上志愿军的军服，并签署保证书，保证不泄露自己参与过对美作战，飞行员还被要求在空中通话中避免使用俄语。最关键的是，苏联飞行员在作战过程中绝对不能被俘，这些严格的限制显然影响了苏联飞行员的作战表现，使得米格-15的战斗力未能得到完全发挥。

斯大林只允许苏联空军在后方作战，将前线作战的任务交给中国空军。由于缺乏有效的协作，苏联空军和中国空军之间的沟通不畅，甚至发生了人民军向苏联空军开火的事件。这一切都反映了斯大林的谨慎，他不希望加剧美苏之间的矛盾。而美国方面，也在尽力避免与苏联发生直接冲突。事实上，美国空军早就察觉到，他们的真正对手是苏联空军。透过米格-15的驾驶舱玻璃，他们能看到熟悉的欧洲面孔，且在监听中还听到飞行员使用俄语交流。然而，华盛顿并没有对此作出任何公开反应，选择封锁这一消息。时任美国国务院政策计划司司长P·H·尼采在后来的访谈中表示：如果我们公开这些事实，公众会要求我们采取更强硬的措施，最终我们可能会陷入与苏联更严重的冲突。

为了避免公众压力，艾森豪威尔政府及其后继的美国历届政府严格封锁了这一消息，直到苏联解体，冷战结束后，真相才得以揭露。据统计，抗美援朝期间，苏联空军参与战斗的飞行员总数达到72000人，与美军空军展开了1872次空战，击落敌机1106架，损失335架，阵亡120人。当然，这个数据也与苏联空军并未深入前线作战有很大关系。