苏联空军飞越鸭绿江投入战斗
其实，莫斯科并没有袖手旁观，斯大林在任何时候都做好了两手准备。就在中国决心孤军奋战的时候，苏联空军也在紧张地整编和集结。按照军事部的命令，自10月14日起苏联空军相继组建了第144、第17、第328和第20歼击航空师，准备前往中国。[92]10月19日，即中国出兵的当天，华西列夫斯基报告了将派往中国的空军和坦克兵的准备情况和具体时间：11月3日前，已经部署在东北的第151歼击航空师将扩编为两个师；11月28日前，新组建的4个歼击航空师完成在沈阳集结并于12月15日前进入战备状态；11月30日前，从各军区调集的10个坦克团到达沈阳；12月1日前，新组建的3个强击航空团在沈阳完成集结。苏军总参谋部负责此次组建和集结活动。[93]10月24日，即志愿军入朝后的第一次战役打响的前一天，各空军师和坦克团的组建工作结束，并陆续开始按计划发运中国。[94]
尽管做了充分准备，但苏联空军部队并没有接到作战命令。驻华军事顾问科拉特科夫后来接受采访时的说法是可信的：斯大林对毛泽东还是不放心，他一直拖延给空军部队下达作战命令，就是要等到中国军队真正开始战斗。[95]直到10月25日志愿军与联合国军的遭遇战开始后，斯大林才相信，中国共产党不是民族主义者，不是“亲美分子”。[96]于是，10月29日，苏联顾问通知周恩来，莫斯科已同意苏联空军“在安东担任防空”，并可飞越中朝边境，还答应10天后将基地从沈阳移至安东。[97]11月1日，苏联空军第一次在鸭绿江上空投入了战斗。这一天，别洛夫航空师的米格-15飞机从沈阳和鞍山两个机场各起飞8个架次，在安东—新义州上空击落了2架美国F-82飞机，高射炮还击中了2架。苏方在空战中没有损失。[98]在11月1～12日的最初几次战斗中，苏联空军共击落美国飞机21架，其中包括2架B-29战略轰炸机。[99]
11月2日，总参谋长什捷缅科向斯大林详细报告了志愿军各部队不断发起进攻并取得胜利以及第二梯队（第9兵团）3个军将陆续调往东北的情况，11月6日的报告进一步说明了联合国军损失惨重而志愿军顺利进展的情况。[100]这更增强了斯大林的信心，他于11月15日通知中国，苏联准备向别洛夫师增派120架米格-15歼击机，并由此成立军一级的指挥机构（第64歼击航空军）。11月20日，苏联部长会议做出决议，向中国境内派遣第二批空军部队。[101]按照计划安排，除已在中国的第151歼击师和在鞍山新组建的第19歼击师外，从11月到次年初，将有12个歼击机师、2个强击机师、2个轰炸机师陆续进入中国，分别部署在东北及北京、上海、青岛、广州等中心城市周围。[102]
11月30日苏军总参谋部报告：军指挥机构人员已经全部抵达沈阳，各航空师已陆续到达或在调运途中。此外，计划供应中国的火炮、弹药、汽车及其他装备也陆续开始启运，有些已经运抵目的地。[103]据空军总参谋部报告，至12月4日前，派往中国的空军部队已有11个歼击机师（第17、20、28、50、65、144、151、297、309、324、328师），2个轰炸机师（第162、186师），以及第64歼击航空军指挥机关、第6飞行技术学校的部分人员，共计将军5人，军官5058人，部队官兵总数达17950人。与此同时，为组建中国空军，已移交给中国各种飞机1653架，其中歼击机900架（350架米格-15、372架米格-9、40架拉-11、130架拉-9），强击机117架（伊尔-10），轰炸机132架（图2），教练机412架，运输机44架，通讯机56架。此外，还有各种车辆1871部。[104]
1951年1月9日第64歼击机航空军的报告全面反映了苏联空军最初两个月投入战斗的情况。执行作战任务的部队有8月11日进驻沈阳、鞍山和辽阳机场的第151师，11月1日进驻辽阳机场的第28师，11月20日从上海移师鞍山的第50师，共6个歼击机团，每团各有30架米格-15飞机。11月27日，这三个师合并为第64歼击机航空军。为了接近战斗地区，12月3日和25日，第50师的两个团分别调入安东机场。从9月3日起，各部队开始实行每日战斗值勤。苏联空军最初的任务只是防止美国空军对中国境内目标的空袭和侦察，特别是保护鸭绿江大桥和安东电站的安全，因此规定，所有歼击机不得越过鸭绿江。考虑到这条禁令对实际作战十分不利，且难以执行，部队于11月6日接到新命令，作战时可以进入朝鲜领空。12月3日，以安东为基地的第50师进一步领受了新的任务——“保护北朝鲜中国志愿军的后方”，特别是从鸭绿江到清川江的交通线。此外，这些部队以及后续各师还有一个重要任务，就是帮助组建和培训中国空军。在苏军的帮助下，中国空军第一支歼击机部队（第4师）于12月12日完成组建，并立即在苏联飞行员的带领下投入了实战训练。在两个月的战斗中，苏联空军3个师共出动飞机1079架次，击落敌机68架，其中B-29战略轰炸机12架，苏方仅损失飞机9架、牺牲飞行员7人。自苏联飞机腾空以后的整个作战时期，敌机再无一架接近中国境内被保护的目标及安东渡口和电站。不过，由于当时在中朝边境只有一个机场，苏联驻军兵力有限，以及雷达和通讯设备缺少等原因，朝鲜境内志愿军后方交通线未能得到有效保护。[105]
1951年春天中国空军参战后，朝鲜后方及志愿军的补给线得到了进一步保障，而6月初庙沟机场投入使用后，苏联空军在安东地区部署的兵力增至两个师，“极大地提高了歼击机的作战机动性，并迫使敌空军减少了在安州以北地区的活动”。[106]此后便形成了后来人们常说的鸭绿江至清川江上空的“米格走廊”。[107]然而，斯大林规定的苏联军人不得进入前线作战的禁令始终没有破除。在空战中，莫斯科为第64航空军限定了作战范围，即向南不得超越平壤—元山一线，东西两侧不得超越海岸线。按照别洛夫的说法，这是“我们的战斗指导原则，必须严格遵守”，虽然这种限制性规定导致米格飞机不能充分发挥其良好性能。[108]斯大林给在华苏联军事总顾问的指示更明白：“绝对必要”的是，“中国人在前线只能靠自己的空军”。[109]
在整个朝鲜战争期间，苏联空军通过换防，先后派出10个航空师和4个高炮师参战。航空师共实施战斗起飞64300架次，飞机滞空时间长达49449小时，空战1872次，击毁敌机1106架，自身损失飞行员120人、飞机335架。高炮师击毁敌机153架，自身阵亡68人，损失高炮6门、探照灯1台。中朝联合空军投入作战的有10个航空师（中国7个、朝鲜3个），共实施战斗起飞22300架次，空战366次，击毁敌机271架，自身损失飞行员126人、飞机231架。