可惜好景不长，1915年4月19日，加罗斯的飞机因发动机失灵，迫降在距荷兰前线64公里的一片林间空地。未等他烧毁飞机，德国人就把他本人连同飞机一起俘获。这下德国人如获至宝，运回柏林后发现，原来飞机座舱上装了一挺美国人霍奇斯基发明的新式机枪，枪口朝向螺旋桨方向，也就是飞机飞行方向，而朝向枪口的螺旋桨，则由楔形钢片保护，使打在桨片上的子弹转向。
德国参谋部特地从德国的一家飞机制造厂请来了一位年轻的荷兰技师。
这位技师名叫福克，被公认为是当时欧洲最好的飞机设计师，他没有上过一天机械学校，却在20岁的时候，就能设计制造当时飞行最快和最坚固的单翼飞机。他把自己设计的飞机呈献给他的祖国荷兰，但遭到了冷遇，然后他又转向法国、英国和俄国，但结果都像在荷兰一样，参谋部的军官老爷们根本瞧不起这样一个年纪轻轻的小伙子，不相信他能有什么惊人之举。
而德国人却非常赏识福克的才华，把他网罗到德国，许以优厚的待遇，让他为德国设计飞机。等缴获来的飞机一送到柏林，德国参谋部官员就把一挺步兵用的汽冷式机枪交给他，让他在48小时之内设计出一种超过法国机载武器的武器。福克尽管在此之前从未操纵过机枪，但还是与他的助手一起，在规定的时间之内试制成功了飞机同步机枪。他发明了一个凸轮系统，使机枪只有在螺旋桨与枪口形成间隙时才能发出。
福克把这种同步机枪与自己设计的单翼飞机结合起来，形成了福克1型战斗驱逐机的雏形。尽管德军采取了严格的保密措施，6个月之后，一位驾驶这种飞机的德国飞行员重演了法国飞行员加罗斯的那一幕：飞机由于迷航而在协约国占领区着陆，飞行员连同飞机一起被协约国士兵俘获，于是战争双方共享了这项技术。
后来福克又为德国人发明了E-111型飞机，上面装备有双管机枪，威力顿增，略占空中优势，给协约国飞行员以沉重打击，史称“福克灾难”。在1914～1918年的大战期间，福克共为德国人设计了近千种不同型号的飞机。英国人这时才认识到他的才能，提出来如果他来英国，为皇家空军设计飞机就给他1000万美元，可惜为时已晚。
尽管空中火力越来越强大、技术越来越完善，但这丝毫没有降低对飞行员勇气的要求，于是，“空中撞击”战术应运而生，成为勇敢者空中决斗的方式。
1914年9月8日，俄国飞行员彼得·尼古拉耶维奇·涅斯捷罗夫上尉驾驶一架功率80马力、速度164公里/时的“莫拉纳”式轻型单器机，用自己机上钢管焊接的起落架撞击一架奥地利双座侦察机，两架飞机挂在一起，双双坠地，同归于尽。从此，空战史上正式出现了空中撞击战术。
涅斯捷罗夫牺牲时年仅27岁。1947年，前苏联在他牺牲的地方建了一座碑，上面刻着：“着名的俄国飞行员、特技飞行创始人彼得·尼古拉耶维奇·涅斯捷罗夫上尉在此英勇献身。他是世界上第一位完成空中斤斗和空战中采用撞击战术的人”。
当然，运用“空中撞击”战术的机会毕竟不多，在大战的头两年，飞机的主要任务还是侦察。空中侦察的重要作用在第一次马恩河会战中体现得十分明显。
1914年9月3日，法国的5架侦察机发现克鲁克指挥的德国第1集团军已经不再向巴黎以西疾进，而是向东南方向的马恩河推进，由于侦察发现敌军动向，使英法联军能事先有所准备，阻止了敌人前进。正如历史学家所说，前进到马恩河的德军各集团军如果没有被牵制住的话，战争也许几周内就结束了。
而德国之所以能被牵制住，在很大程度上是由于空中侦察全面地提供了关于德军部署的精确情报。这次会战，宣告了德国速决战的破产，使它从此失去了战略进攻的主动权，陷入长期消耗战的泥潭。
为了迫使英国政府把部队和武器撤离法国，德国从1915年1月起开始轰炸英国本土。
1915年1月19日，德国“齐伯林”飞艇第一次从1500米的高度空袭英格兰东部地区。接着于5月31日夜间空袭伦敦。空袭伦敦的飞艇为LZ-38型，机长是林纳茨上尉。当时伦敦的防空力量很弱，探照灯照不到飞得很高的飞艇。飞艇投掷的炸弹使7人丧生，31人受伤，还破坏了一些住宅区和商业区的建筑物。
但轰炸造成的心理效果更大，市民纷纷逃离，伦敦处于一片混乱状态。10月20日夜，又有11艘“齐伯林”飞艇飞往伦敦，但有3艘毁于强风。1916年，英国改进了对空射击的方法，全年击落德国飞艇12艘。到1916年10月德国最高统帅部已认识到飞艇战是无效的，因此自1917年始只利用暴风雨的天气进行空袭。
这增大了英国防空作战的困难。但德国的轰炸效果也不大。由于飞艇损失严重，事故增多，所以陆军的飞艇于1917年停止了对英国的轰炸，海军所属的飞艇于1918年8月5日进行了最后一次轰炸。飞艇轰炸主要集中在1915年和1916年这两年，共投了196.5吨炸弹，炸死500多人，伤1300人。约有80艘飞艇毁于协约国的炮火和风暴。
从1917年起，德国改用飞机对英国实施轰炸。1917年德国已拥有更先进的“哥达”式飞机，这种飞机发动机的功率为2×260马力，能携带300～420公斤炸弹，最大时速140公里，航程840公里，英国首都伦敦及英国东南部大部分城市都在其轰炸范围之内。1917年5～8月德军以大编队（10～22架“哥达”式飞机）轰炸了伦敦。1917年6月13日，德国第3轰炸机联队出动了22架“哥达”式飞机对英国实施攻击，其中17架轰炸了伦敦，投下了4吨炸弹，炸死了162人，伤432人。其后，7月7日又投下4.5吨炸弹。
德军最后一次白天空袭英国是8月22日。由于英国用歼击机和高射炮加强伦敦防空，迫使德军于9月初转入夜间轰炸。
1917年9月2日德军派出2架飞机首次夜间轰炸多佛。从1917年9月到年底共轰炸了19次。飞机对伦敦的最后一次轰炸是1918年5月19～20日的夜间。为实施这次攻击，德国派出了42架（一说43架）“哥达”式和“巨人”
式轰炸机，其中有13架到达目标上空，使英国遭到很大损失。英军竭尽全力进行防空作战，其高射炮部队击落德军飞机3架，英国歼击机也击落敌机3架，至此，德军结束了对伦敦的轰炸。
自1915年1月19日至1918年8月5日，德国出动飞艇208艘、飞机435架次对英国实施空袭，其中飞机空袭52次，飞艇空袭51次，投弹约300吨，造成约1300人死亡，3000人负伤，建筑物及其他设施也遭到严重破坏，损失达300万英镑。轰炸使英国工业产量下降，并使英国国民对轰炸产生了极大的恐慌心理。但从另一方面却促进了英国防空系统的建设和英国独立空军的组建，因为英国人认识到最好的防空对策是对敌人实施反击。
在索姆河战役中，英法两国航空兵让德国人吃了大苦头。战役之前，由于法军拥有了“纽波特”等更加完善的新飞机，因此在整体实力上略胜德军一筹，英法航空兵完全掌握了制空权，不仅能完成战术任务，而且还能对德军纵深的战役后方和战略后方如西西里亚、洛林等地进行空袭。对空防御也有了发展。
这时的对空防御包括防飞机的大炮和机枪，以及用于防空目的的观察哨、报知哨和通信哨。在组织航空兵同步兵协同方面也采取了初步措施，如航空兵派出代表进驻各集团军司令部，以便同步兵协同行动和联系。英法联军的歼击机飞行员用歼击机的火力扫射德国军队，收到很好的效果。飞机从低空掠过敌方步兵，能挫伤敌人的士气并予敌以杀伤，直接配合地面军队作战。应该说这是空战史上一个了不起的进步。
仅仅半年之后，德国飞行员便在“血的四月”之战中向英国皇家飞行队报了这一箭之仇。
1916年12月，罗贝尔·尼维尔任法军总司令。他一上任便计划对努瓦莱突出部的南北两翼发动攻击，由英军攻打索姆河以北，法军攻打索姆河以南，吸引德军的注意力，然后由法军在兰斯和苏瓦松之间发起主攻，企图一举突破德军阵线，并将他们赶过莱茵河，迅速结束战争。
为实施尼维尔的进攻计划，牵制德军，英军于1917年4月9日开始在阿拉斯附近日旺希以南20公里宽的正面地带发起辅助突击。为配合地面作战，皇家飞行队于4月4日，即发动地面战役前5天发起空中进攻，企图肃清天空，把德机逐出该战役地带。以便协约国的侦察机和炮兵校射飞机开展活动。为争夺制空权，英德双方发生了激烈的空战。英国在阿拉斯的进攻，最后取得有限的胜利，但与这相配合的空中战役，却伤亡惨重，因此英国皇家飞行队把1917年4月称为“血的四月”。
皇家飞行队发起空中进攻一开始就遇到了坏天气：阴雨、低云。仅在头5天的战斗中，英国至少损失了75架飞机，此外还发生了56起飞行事故，总计131架飞机坠毁。飞行员伤亡105人，其中19人阵亡，73人失踪，13人受伤。
这时，德方占有很大的空中优势，英国的侦察机编队只有在大量使用歼击机护航的情况下才敢升空。也就是说，执行一次任务至少要12架飞机。
像15架歼击机护送3架侦察机这样的现象屡见不鲜。此外，盛行的西风很容易把英国飞机吹到德国战线一侧，增加了英皇家飞行队的伤亡。许多被击伤的飞机本来可以飞回己方战线，但他们无法逆风返回协约国战线，结果都损失了。
皇家飞行队在4月进攻中惨败的教训给所有交战国家的飞行员上了生动的一课：第一，飞行员训练不足。英方急于把大量新飞行员调到西线服役，不得不大量削减训练时间。参战新飞行员的平均飞行时间只有25小时，这对歼击机飞行员来说显然是不够的。第二，英国飞行队刚装备“布里斯托尔”式歼击机，由于训练时发生了许多事故，加之飞机本身在投入使用之初构造上的一些缺陷，经验不足的年轻飞行员把这种飞机称为“杀人犯”。尽管后来作了些改进，但原先的坏名声影响了飞行员对这种飞机的信心。第三，战术上墨守成规，不论形势如何，一味按老一套被动应战。
相比之下，德国飞行员比英国飞行员更老练、成熟，更富有经验。飞行员对新式的“阿尔巴特罗斯”和“哈贝施塔特”式飞机已能熟练地掌握。尽管这种飞机性能不比英国的“布里斯托尔”式强，但飞行员很了解它的特性，用起来得心应手，驾轻就熟。德国人掌握着空中战术主动权，他们能随意冲进和退出战斗。
单架的德国侦察机竟敢于攻击协约国的整个编队。冯·里希特霍芬领导的第11歼击机中队共击落敌机89架。里希特霍芬本人在4月份至少击落协约国飞机20架，占其生前击落飞机总数的1/4。另外，德国人在“血的4月”所获得的成功和赢得的许多声誉还同他们改进编制有关。当时，德军建立了独立的歼击机中队，又将这些中队组成相当于联队规模的单位。合理的组织体制提高了部队的战斗力。德国人还充分利用其铁路运输系统，用铁路货车运送歼击机中队到需要的地方。歼击机中队这种流动转移的方式很像利用火车到处巡回表演的马戏团。因此里希特霍芬的空中游猎中队获得了“飞行马戏团”的绰号。
在随后的康布雷战役、皮卡迪3月进攻战役、第二次马恩河战役和亚眠战役中，航空兵的使用日益频繁，争夺制空权的斗争十分激烈，随着交战双方对飞机性能的改进和新技术的不断出现，空中优势时有转移，谁也不能牢固地掌握制空权。同时，飞机大量集中使用的原则已基本确立，参加一次战役的飞机多达1000架已不是什么新鲜事了。另外，英、法、德、俄各国航空部队也相继涌现了一大批王牌飞行员，被各自国家吹捧、崇拜到无以复加的地步。
然而，第一次世界大战中最有影响的一次空战却是由参战最晚的美国人一手策划并导演的。这一点，令英国人、法国人颇不服气。
原来，美国虽然在1917年4月就已对德宣战，但航空兵的情况甚至比欧洲国家在1914年时的情况还差，根本无法参战。
到1917年末和1918年初，美国还没有自己的作战飞机，在前线的美国飞行员大多是由欧洲人训练的，作为临时措施，这批受过训练的美国人编成中队参加盟国空军作战。
1918年8月10日成立美国第三集团军后，配置在法国前线的所有美国航空部队都集中隶属第1集团军航空队，由机警干练的西点毕业生米切尔指挥。
为实施圣米耶尔战役，米切尔集中了西线任何一次战役中都没有集中过的最大的兵力，大体上是以1500架对300架的优势发动进攻。在发动进攻前几周，航空队就为袭击做好了准备，成功地限制了敌人的侦察，自己则获得了所需的情报。战役开始的头两天，恶劣的气象条件迫使大部分飞机不能起飞。9月14日和15日，天气好转，米切尔就以1/3的飞机-大约500架侦察机和歼击机支援地面部队，其余2/3飞机用于突击德军后方的目标-交通要道和设施，并扫射德国部队。突击遭到德国航空部队的抗击，但美国轰炸机的活动还是获得了良好的效果，因为德国人被迫处于防御地位，大部分战斗活动都是在他们的战线后方进行的。
圣米耶尔战役是美国1917年正式参战以来独立进行的第一次战役，是第一次世界大战中飞机数量集中最多的一次，也是美国航空队在第一次世界大战经受的最大一次考验。在米切尔的指挥下，飞行员们一次又一次地完成了侦察、轰炸、扫射、攻击及其他争夺制空权的任务。等到战争结束时，这支部队共击毁781架德国飞机和73个侦察气球，己方损失为235人和289架飞机。
米切尔也由此成为颇有名气的指挥员和美国远征军航空部队的主要发言人。
尽管美国航空队的空中翅膀还很稚嫩，供其表演的机会也不太多，但其效果还算差强人意。比较而言，美国海军在第一次世界大战中的表现要稍好一些，作用也更大一些。
