“飞虎队”创始人是美国飞行教官克莱尔·李·陈纳德。陈纳德1893年9月6日出生于得克萨斯州，拥有出色的飞行技术。
1937年7月初，应国民党政府邀请，陈纳德抵达中国考察空军，担任顾问。考察快结束之时，抗日战争全面爆发。陈纳德接受宋美龄的建议，在昆明市郊组建航校，以美军标准训练中国空军，他还积极协助中国空军对日作战。迫于日本外交压力，陈纳德的活动逐渐转为非公开。
1941年，陈纳德接受国民党政府的委托，前往美国招募飞行员。罗斯福政府当时已准备对轴心国开战，故给予暗中支持，以私人机构名义，重金招募美军飞行员和机械师，以平民身份参战。
1941年7月中旬，陈纳德回到中国时，已有68架飞机、110名飞行员、150名机械师和其他一些后勤人员到达中国。分为亚当和夏娃、熊猫及地狱天使三个中队。
由于战前任航空委员会秘书长的宋美龄认为到必要时，只要有钱，何愁买不到飞机，因此，她想出一个办法，把空军的经费储蓄起来，暂时停止购买飞机，只要现有的飞机能维持经常训练就行。抗战爆发后，随着日军的全面进攻，东南沿海主要港口尽数被日军占领，使得引进先进战机之路基本断绝；加上西方多国担心刺激日本，纷纷拒绝向中国出售先进战机，这一时期的战机价格反而大大提高。
国民政府的战机和飞行员在作战中损失较大，加上采购飞机运送、组装、试飞、换装需要不少时间，导致战争初期中国空军被迫使用许多更加老旧的战机升空作战，并过早地在残酷的消耗战中将本来就不多的战机和飞行员损失殆尽。面对无兵可用的窘境，宋美龄才设法与陈纳德联络，耗费十余倍于中国飞行员、数倍于美国飞行员的薪水聘请美国飞行员，同时花重金保障其生活。
1941年8月1日，蒋介石发布命令，正式成立中国空军美国志愿大队，任命“陈纳德上校为该大队指挥员”，以高价（陈纳德部的第一批100架霍克-81战机单价45000美元）采购战机供其使用。插翅飞虎队徽和鲨鱼头形战机机首闻名天下，其“飞虎队”的绰号在战时需要鼓舞士气之故迅速传播。
陈纳德立即开始对志愿队成员进行专门训练。经过几个月的训练，志愿队人员的战术水平有了大大的提高。1941年9月1日，志愿大队部设在迁移到云南垒允的“中央飞机制造厂”。
在飞虎队建立时，陈纳德根据队员飞机上的标志（飞虎队队员们在飞机上作画），将飞虎队按作战编成了3个中队：第一中队由前陆军驾驶员组成，队长是罗伯特·桑德尔，即“亚当和夏娃队”。第二中队外号“熊猫队”，杰克·纽柯克指挥。第三中队由陆、海军和海军陆战队的驾驶员组成，命名为“地狱里的天使”由阿维特·奥尔森担任中队指挥官。初期仰光驻一个中队，垒允驻两个中队，一般近距离作战也可呼应。
Hawk-81A2（P-40c）飞机是飞虎队的主要装备，也是太平洋战争初中期美国陆军的主力战机。筹建空军志愿队之时，除开飞行人员的招募，战机的调拨也是一大难题，由于欧洲战争同样吃紧，加上纳粹德国（1939年9月1日～1945年5月8日）于当时欧洲大陆的海上封锁相当严密，美国当时同样也对欧洲战场提供军事援助。后由英国移让了100架P-40c机运到仰光将由钱昌祚接收，转给中杭厂制造装配合格试飞，再拨给美志愿队领走。这种战斗机装有1台水冷活塞式发动机，流线型机身和机头下方硕大的散热器，构成该机优美的外形，梯形下单翼装有武器，可收放后三点起落架。它的最大速度为552千米/小时。二战期间，P-40c主要对手是日本零式战斗机。对比而言，P-40c机动性不如日本零式战斗机，但具有较高的俯冲速度。
1941年12月7日，陈纳德率第1中队和第2中队到昆明。20日，防空台侦测到一批日机向云南飞来，陈一白将军急告陈纳德所有战机都升空迎击。之前入云南人民饱受日机轰炸之苦，日机有时甚至在无战斗机保障护航的情况下，就出动轰炸机起飞进行轰炸。当天，入侵日机10架，被击落6架，击伤3架，志愿队无1架损失。志愿队初战告捷，昆明各报相继报导战斗经过，称美国志愿队的飞机是“飞虎”，志愿队此战成名，被称呼为——飞虎队。
1942年7月3日，陈纳德根据美国陆军部和蒋介石的命令，解散美国航空志愿队，而以志愿队部分队员为主组建隶属美国陆军第10航空队的第23大队。美国航空志愿队在中国、缅甸、印度支那作战7个多月，以空中损失12架飞机和地面被摧毁61架的代价，取得击落约150架敌机和摧毁297架敌机的战绩。美国航空志愿队共损失26名飞行员。
1942年7月4日，美国独立纪念日，美国志愿队奉美国陆军部及蒋介石命令在7月3日午夜12 时0分解散。颇具讽刺意味的是：美国志愿队这一天仍在空战！陈纳德参加了美国志愿队工作结束仪式——告别宴，并通知了凡是能参加晚宴志愿队队员必须前往。国民政府政要和军方代表都来参加了晚宴，黄仁霖主持并称赞美国志愿队：“自从成立以来，在缅甸、印度支那、泰国和中国战斗历时7个月，共击落日机299架，击伤153架。美国志愿队4名驾驶员在空战中阵亡，6名被高射炮射中阵亡，3名被敌人炸弹炸死，3名被俘，10名在空难事故中丧生。美国志愿队共在空战中损失飞机12架，在地面上损失飞机61架（包括撤退时自毁的22架战机）……”
美国航空志愿队解散之后，飞虎队所留飞机和人员归并美国陆军航空队第23大队，与派驻中国的第16战斗机中队组成美国空军驻华特谴队，隶属美国陆军第10航空队，美国驻华空军特遣队的骨干力量。陈纳德改任美国驻华航空特谴队司令，军衔仍为准将。
日军得知飞虎队解散的消息，遂将原在南洋的第3飞行师调往中国，企图一举歼灭新组建的美国驻华空军特遣队。7月份，日空军对华中的美空军基地发起进攻。陈纳德采取空中游击战术，以奇袭和机动的作战方式打击日军。到7月底，共击毁日军战斗机2架，轰炸机12架。自己损失战斗机5架，轰炸机1架。
1943年3月10日，美国陆军航空队将驻华特谴队编为美国陆军第14航空队，陈纳德晋升少将司令。陈纳德上任后，强烈要求罗斯福总统加强驻华空军力量，夺回中国战场的制空权，并伺机攻击日本本土。后陈纳德担任中国空军（而不是中国战区）参谋长。
由于战争初期，国民党政府的战机和飞行员在作战中损失较大，使得本已珍贵的战机和飞行员难以得到补充，而难以组织空中力量截敌。日机有时甚至在无战斗机保障护航的情况下，就出动轰炸机起飞进行轰炸。
1941年12月7日，陈纳德率第1中队和第2中队到昆明。航空队在昆明上空第一次作战取得胜利。当天，入侵日机10架，被击落3架，重伤4架，而志愿队无损失。最初，中华民国空军美籍志愿大队队员中有人提出，在飞机头部画上鲨鱼头，用以吓唬日本人。志愿队初战告捷，昆明各报相继报导战斗经过，称美国志愿队的飞机是“飞虎”，志愿队此战成名，被称呼为——飞虎队。
后来，中华民国代表团向好莱坞的著名的迪士尼公司的艺术家们请求设计一个队标，华特·迪士尼亲自动手，根据“Flying Tigers”一名设计出“一只张着翅膀的老虎跃起扑向目标，老虎的尾巴高高竖起，与身体共同构成了象征胜利的V形”的图案。不过到后来，上面就渐渐不画鲨鱼头了。部分的战机更有飞虎标志的涂装。
不过也有另外一种说法指出，早在志愿队成立以前，宋子文就已经在征求AVG的标志了；本来迪士尼方面是要选择以龙作为主体，不过后来因为民国政府方面认为龙象征帝王专制，因而才决定采用了老虎；不过所有的老虎图案一直到1942年2月份以后，才开始被漆到AVG所使用的战斧机身上。
战争爆发后，日军迅速封锁了当时中国的重要港口和沿海地区，限制住了当时的海上援助，西北公路和滇越铁路由于国际形势的变化，先后断绝。国民党政府接受史迪威建议，在诸多付出之后，修建了一条从昆明至缅甸的公路——滇缅公路，用来运输当时的国际援助物资和从国外购买的物资，还有抗战后方相关的生活用品。日军为了断绝中国的物资补给，迫使国民党政府屈服，经常出动飞机，轰炸公路。
滇缅公路关系重大，此时飞虎队也肩负上了保卫滇缅公路的任务。日军飞机轰炸频繁，线路上的运输车辆和线路的桥梁咽喉要道皆是他们的攻击目标，由于数量上的差距，为了应对日军飞机作战，飞虎队飞行员经常需要频繁起机作战。
1942年3月，日军对缅甸发动了突然进攻，英军溃败，仰光港的大批没有来得及运输的物资被日军缴获，随后日军向北推进，并且迅速打败了缺乏沟通协调的中、美、英联军，5月攻入云南境内占领了怒江以西的地区。
迫于战事不利，飞虎队和相关机械师、制造人员等从垒允撤退，来不及转移的飞机及相关工厂设施竭尽自毁，同时部分机场和基地也一并陷落。
5月，日军先头部队已逼近怒江江边，与守卫的中国守军发生交战。为阻止日军乘势进犯，守军部队将事先安放于怒江之上的惠通桥的炸药引爆。
日军渡江行动受水文条件困扰失败。飞虎队接到命令，阻击准备强渡怒江的日军。志愿队连续出击。袭击保山、腾冲、龙陵一带的日军运输队，一队日军在志愿队的轰炸下几乎全军覆没。
6月，陈纳德率司令部及两个中队前往桂林。12日，飞虎队在桂林上空一举击落日机8架，自己仅受伤1架。桂林集资2万元慰劳美飞行员。
后续国军重兵至怒江沿线布防，加上日军中途岛海战后缺乏支援攻击乏力，于是双方对峙于怒江两岸。滇缅公路的运输线至此被日军所切断。
飞虎队空战多次，陈一白将军指挥侦报日机情报电讯精确；同时飞虎队指挥官——陈纳德将军依靠各地建立的相关情报站，侦测当时日军飞机起降动态，加之日空军主力陷入太平洋战场，志愿队逐步掌握制空权，国民政府称“令中国军民士气大增，战果辉煌”。从1941年9月至1942年4月，共8个月，40多次空战，共计击落日机300多架，我损失11架（经考证，飞虎队所取得的战果不会超过115架日本战机，其中还包括英国人的战果，而自身则损失了80架战斗机）。陈纳德和陈一白对中国抗战的贡献是巨大的，开始了日寇“空军全部覆灭的厄运”。12月23日，陈纳德派第3中队转往仰光，协同英军作战。在两个多月的空战中，美英战机对日作战31次，共击落日机217架。
当时日军空军在与志愿队（飞虎队）数次交战后，也终于明白了，若仅起飞轰炸机去轰炸战略目标，而不派遣战斗机保卫护航，无异白费力气。为进一步争取美援，宋美龄于1942年2月3日致电陈纳德，推荐他出任驻华空军指挥官，军衔升为准将。陈纳德从一个鲜为人知的退役陆军航空上尉，成为中美联合抗日的英雄典型，一跃成为世界各国的新闻人物。
太平洋战争开始后，美国初期在各个战场上处于劣势。陈纳德带领一小批空军队员，取得辉煌胜利的事迹对美国人是一剂强心针，顷刻之间成为美国家喻户晓的英雄，获得“飞虎将军”的美称。之后美国更于1942年4月18日空袭日本东京，以向美国民众表明美军有战胜日军的能力！
虽然“飞虎队”名字的由来有不同说法，但飞虎队成立后所创下的辉煌战绩，早已成为美国空中力量在中国上空的代名词。作为美国帮助中国抗日的中美合作典范，中国对这支英勇作战、战功卓著的美国志愿队也给予了极高的赞誉。
据史料记载，飞虎队首次作战是在1941年12月20日。空军前敌总司令部电讯监察台侦测到，日本82中队10架九九式轻轰炸机在毫无护卫下由越南起飞轰炸昆明。监察台总台长陈一白将军急告陈纳德，飞虎队所有战机升空迎击，拦击10架入侵日机，日机因无护航战斗机故弃弹返回。日军因缺乏护航战斗机，之后一年中西南地区都没有见到从越南发起攻击的轰炸机队。
飞虎队第三中队则在日本对英美宣战后，保卫缅甸仰光。在1941年12月23日至25日的日机轰炸中，飞虎队第三中队声称“击落约90架轰炸机”。之后各中队轮流驻守仰光，协防英军，直至1942年3月仰光陷落后撤回中国，并自毁了维修中的22架
由于飞虎队于1941年12月20日的空战中取得了自日本零式战斗机肆虐中国战场以来的首次空战胜利，随后在缅甸战场上盟军失利时又算是一个少有的既能够创下较多击落日机战果又能体面撤出缅甸的盟国单位，因而在太平洋战争初期，受到美国与中国的大力宣传。
但按照日方的记录，零战第一次被击落是1941年5月20日在成都上空，12航空战队飞行员木村一一空曹毙命；6月23日，12航空战队的小林喜四郎一等航空兵在兰州上空被击落，击落他们的均为地面高射炮，而不是中国空军的战斗机。
国民党官方认为，有299架日军飞机和1000名日本飞行员在与飞虎队交手时遭到击落或在地面上被击毁，因此创造了18位王牌飞行员。
1942年7月3日，陈纳德根据美国陆军部和蒋介石的命令，解散美国志愿援华航空队，组建隶属美国陆军第10航空队的第23大队。至于那些与中国“感情深厚”的飞行员，除少数继续留在中国外，大部分选择回到美国。
据称，在他们参与的31次空战中，飞虎队队员以“5至20架可用”的P-40型战斗机共击毁敌机217架，自己仅损失了14架，5名飞行员牺牲，1名被俘。但根据当时日本陆军航空队在缅甸战场上的部署以及日方的战损资料来观察，飞虎队所取得的战果不会超过115架日本战机，其中还包括英国人的战果，而自身则损失了80架战斗机。交换比上虽然略高于日军，但总体并不乐观。当然在国民政府宣传中，这一战果被注水到击落268至299架敌机，并按这一记录发放了奖金。
由于政治上的分歧，抗日战争即将胜利之际，陈纳德被迫辞职，乘坐飞机回国。临别之时，蒋介石和宋美龄亲自设宴送行，并且授予陈纳德将军当时国民党政府最高军事荣誉——青天白日勋章。陈纳德回国后不久，日本便宣布投降了，没能见证这最后的胜利时刻成为他的遗憾。战后，飞虎队大多数队员均得到了中国政府的嘉奖。有十多名飞行员获得美、英政府颁发的飞行十字勋章。
