1949年10月，中華人民共和國成立後，除了西南邊陲，國民黨在中國大陸的統治基本終結。不過，國民黨軍優勢的海空軍，依然威脅中國大陸東南沿海地區。
1949年11月至1950年2月期間，國民黨空軍對上海的轟炸尤為嚴重。
嚴峻的防空形勢
上海作為最重要的經濟和貿易區域，集聚了中國寶貴的輕重工業基地，對於新中國的恢復生產和工業化，具有舉足輕重的作用。對此，國共兩黨高層都有清醒的認識。
上海戰役發起之前，毛主席提出了「完整保全上海」的決策，即在解放上海市區過程中，不準使用重武器，盡力保全市區人民生命、工廠和建築。1949年5月27日，上海解放，城市基礎設施及工業廠房基本完好無失真。
國民黨空軍的美制飛機機群
敗退到中國台灣的國民黨軍在度過了最初的驚魂未定之後，開始運用自身的海空軍優勢，在東南沿海地區與解放軍展開爭奪。此時，舟山群島仍然處於國民黨軍控制之下，岱山機場距離上海等東南核心地區距離較近。
從1949年11月至1950年2月，國民黨空軍先後對上海進行了26次轟炸和騷擾，攻擊重點是工廠和基礎配套設施，目的在於摧毀上海的工業基礎。這其中規模最大的是1950年2月6日的「二·六」大轟炸。
這天中午起，國民黨飛機出動4個批次共計17架次，對上海電力公司等多個發電廠進行重點轟炸，導致上海電力公司發電裝置被毀三分之二，全市供電量從25萬千瓦下降到4000千瓦，大部份市區斷絕水電供應，傷亡軍人、工廠職工及市民1500余人，損毀房屋1180余間。
國民黨空軍經常使用的解放者轟炸機
此時新中國空軍司令部成立還不足3個月，首批6個航校還在籌建狀態，能夠投入戰備值班任務的，僅有一個戰鬥機大隊，還需要駐防北京。因此，對於國民黨空軍的襲擾，無法進行有效反擊。
請求蘇聯援助
為了加強上海防空力量，2月8日，北京方面急調還在受訓的兩個高炮團駐防上海。為了更有效的防止國民黨空軍的再次轟炸，中國決定向蘇聯求援。
1950年2月14日，對於新中國而言意義重大的【中蘇友好同盟互助條約】在莫斯科簽字，這標誌著新中國成立後「一邊倒」外交策略的展開，在條約簽訂前，中方特意向蘇方提出了要請蘇聯空軍協助上海防空的構想。蘇聯方面予以了積極回應。
蘇軍的圖-2輕型轟炸機
2月12日，莫斯科防空軍區司令莫斯卡連科上將便召集軍區參謀長巴基斯基中將，責成其組建援華空軍混成部隊。2月16日，巴基斯基將軍便與混成部隊高級軍官乘機從莫斯科飛往中國，2月19日便抵達上海，會同中方商議部隊駐防和防空作戰事宜。
在蘇聯方面調動部隊和裝備的同時，上海方面也緊急行動起來，上海警備司令部組織官兵和民工上萬人緊急擴建江灣、大場、龍華等3個機場。3月1日華東軍區成立上海防空司令部，統籌做好蘇軍防空作戰的配套保障。
在此期間，國民黨空軍於3月14日起飛轟炸機18架、戰鬥機8架分批對修復的龍華機場進行轟炸，妄圖幹擾機場修復工作，但解放軍及施工人員克服危險，在蘇聯防空部隊進駐前將3個機場搶修完畢，確保了蘇軍飛機的順利進駐。
2月25日起，蘇聯防空部隊所部3500余人陸續抵達上海。飛行部隊由2個殲擊機團和1個混成轟炸機團組成，其中1個殲擊機團主要裝備了拉–11殲擊機，這是蘇聯在二戰後期根據戰鬥經驗改良的終極螺旋槳戰鬥機，作為圖-4戰略轟炸機遠端護航的戰鬥機，其效能上基本與美軍二戰晚期的P-51「野馬戰鬥機「」持平。
另一個殲擊機團裝備了米高揚家族的噴射明星，米格–15戰鬥機，這款交付部隊時間不久的噴射式戰鬥機是首次成建制出現在戰場上。
在上述兩個殲擊機團之外，混成轟炸機團還裝備了圖–2轟炸機和伊爾–10攻擊機。上述飛行員多數擁有實戰經驗，從部隊裝備和人員構成看，蘇聯方面非常重視此次出國作戰，同時也帶有驗證新式武器效能的實驗目的。
蘇軍的米格-15戰鬥機
戰機的空中角逐
防空作戰並不僅僅依靠飛機和飛行員的表現，地面的雷達預警和引導指揮同樣重要，1950年3月起，蘇軍的地面雷達部隊開始在上海周邊地區布防，並構建起以5個雷達站為核心的情報指揮體系，此外，還有一個探照燈團分散部署在上海市區、市郊和浦東地區。蘇軍防空部隊的地面部隊，均有解放軍派遣的部隊提供警戒。
在蘇軍防空部隊進駐過程中，巴基斯基考慮東南沿海嚴峻的防空形式，采取了嚴格的轉場戰術，即飛行部隊要帶彈飛行，地面雷達和探照燈部隊要隨時能夠展開提供支援。
3月13日，米格-15飛行團第一梯隊轉場到達徐州機場時，突然遭到了國民黨P-51戰鬥機空襲，蘇軍米格戰機立即起飛將其擊落。第二天國民黨軍的B–25轟炸機前來偵察情況時，又被蘇軍米格戰機擊傷後迫降，機組人員被解放軍俘獲。蘇軍飛行員的技戰術水平胡飛機效能，由此可見一斑。
解放戰爭中解放軍繳獲的P-51戰鬥機
隨著蘇軍防空部隊完成進駐，雙方的正面對抗開始。3月23日，國民黨飛機再次侵入上海進行掃射，接到預警的蘇軍戰機將正在轟炸掃射的1架P-51戰鬥機擊落，首戰告捷。4月2日，國民黨空軍2架P-51戰鬥機再次對上海市區進行轟炸掃射，蘇軍米格戰鬥機再次起飛，擊落1架，重傷1架（最終確認墜毀）。
4月18日，國民黨空軍2架P-38「閃電」戰鬥機進入上海地區進行轟炸投彈，這款飛機相對於P-51「野馬」來說裝甲更厚重，航程更遠，也是二戰中擊落日本海軍山本五十六大將的飛機，但在米格-15戰機前，仍顯過時。
在地面雷達引導下，蘇軍米格戰機幹脆利落的擊落1架，重傷1架，帶傷返航的P-38最終墜毀於當時由國民黨空軍控制的岱山機場附近海域。連續損失多架飛機之後，國民黨空軍放棄了白天轟炸的戰術，改為夜間襲擾。
1950年5月11日夜，國民黨空軍B–24轟炸機4架分３批轟炸上海市區，隨即被地面雷達發現，在探照燈和防空炮火的幹擾下，沒有完成投彈就開始返航。
由於此時米格-15還不具備全天候作戰能力，蘇軍起飛拉–11戰機截擊，在地面高炮配合下擊落B–24轟炸機1架，由於炮火和燈光強烈，很多上海市民目睹了防空作戰。
勝利回師
短短2個月時間內，蘇軍在解放軍上海防空部隊的配合下，連續擊落擊傷多架國民黨空軍飛機。在慘重的損失面前，國民黨空軍放棄了「深入轟炸」戰術。此後，隨著海南島解放和國民黨棄守舟山群島，國民黨空軍對上海轟炸的基地喪失，上海防空戰至此結束。
1950年9月，完成作戰任務的蘇軍部隊奉命撤離上海，其所屬飛機、裝備移交已組建的中國人民解放軍空軍。撤離前，蘇方對中方人員進行了培訓和經驗傳授。自此，人民空軍開始獨立承擔戰備值班任務。
上海防空戰規模小，持續時間短，卻是人民空軍成長過程中的重要一步，透過與蘇軍飛行部隊的配合，鍛煉了一批具有實戰經驗的技術人員，蘇軍移交和中方後續購買的新式蘇制武器，則使得人民空軍迅速擁有了對國民黨空軍的技術優勢。
