早在１９２０年孙中山就已建立了空军，１９３３年国民政府便制定了空军军官制，但由于当时飞机不多，更没有实践经验，远称不上一支有组织有效率的空军。当时空军的主要作用只是载着蒋介石、宋美龄到中国各省去视察。蒋介石、宋美龄当年借助于飞机这种现代交通工具几乎走遍全中国，就连大西南和大西北的边远省份也到过，大大加强了对全国的政治控制。宋美龄在航空与统一一文中说：“一切促进中国统一的新发明，或许要推飞机的功绩最为伟大。”
宋美龄一生中最喜欢的胸针就是当时的中国空军军徽，她出访时也经常把空军军徽戴在胸前。美国女作家罗比·尤恩森说过，蒋介石之所以让宋美龄出面主持“摇篮时期”的空军工作，一个重要的原因是，蒋介石深知他手下那一群贪污成性的官员要是谁得到了负责购买战斗机的职务，非翻了天不可，因为购买战斗机要花费大笔的钱。筹建空军和西安事变一样，蒋介石知道只有自己的妻子是可以完全信赖的。
宋美龄对空军的重视，起源于她和弟弟的一次空中旅行。那天，姐弟二人乘坐一驾小型飞机在天空中飞翔，却迷失了方向，在天空中乱飞。后来因为天黑了，他们不得已降落在一块用她的话来说“四周全是匪类”的稻田中。这次历险，使宋美龄深深感到中国航空事业的落后。此后，她经常宣扬要加强空军，使其走向现代化。
但是，真正促使宋美龄下定决心采取创建空军行动的，还是西安事变。因为在事变发生期间，蒋介石在南京的一些最信任的部下曾密谋轰炸西安，完全置他的生死于不顾，声称“虽然我们都渴望解救蒋委员长，……但是我们的态度是，不能允许一个人的个人安全妨碍全局……”宋美龄全力阻止了这个轰炸计划，但这无疑使她意识到，空军交给这样一帮人掌握是多么危险！
宋美龄曾经对蒋介石说，她本人愿意接管这支军队，并保证把它变成对付敌人的有效武器，而不是仅仅充当政治工具。蒋介石同意这一主张，而且考虑到空军这个新兴的外来兵种极需像宋美龄这样拥有杰出外语能力，并且能够和外国专家沟通有关技术和采购事宜的“自己人”。于是，１９３６年，蒋介石任命宋美龄为航空委员会秘书长。从此，宋美龄便和空军结下了不解之缘。
宋美龄上任后，经陈诚推荐，由时任第１８军副军长的周至柔担任航委会主任。周至柔１９２２年保定军校毕业后，参加了１９２５年第一次东征，曾在黄埔军校任教。１９３４年任国民党中央航空学校的教育长。让周做副手，宋美龄很满意，还派他到国外去考察各国的空军训练和建设。周至柔还刻苦自学英语，他说：“若不能说英语，对方就对我低看三分。”在一年的时间里，他不但圆满完成了考察任务，还练就了一口流利英语，颇受宋美龄的赏识。
航空委员会成立时，所注册的飞机共５００架，实际能用于战斗的仅９１架，原有的美制霍克飞机已陈旧不堪，新组装的意大利菲亚特飞机质量极差，有的初次试飞就摔下来，被飞行员称为“空中活棺材”。宋美龄经常带着一行人到各地去检查原有的机械设备，亲自核算经费，钻研航空理论，分析各种飞机的性能构造。
据资料统计，从１９３７年到１９４４年，中国为购买汽车火车、工业用品、机器及建筑铁路材料等，多次向国外借款，其中就有专供宋美龄购买飞机用的“中美飞机公司借款”１５００万美元。筹措经费后，立即在杭州笕桥设立中央航空学校，在南昌设立飞机制造厂，并在杭州、西安、洛阳、南昌、开封、武汉、长沙、成都、昆明等地新建机场。同时，将航空班纳入空军军官学校，加紧购置作战飞机，着手建立航空工业，选派人员到意大利学习飞机制造，在全国各地建设军用机场、储备大批航弹、航油，训练大批空军地勤人员，这一系列一环扣一环的工作，都在宋美龄的指令下有条不紊地进行着。中国成为美国军事武器和飞机器械的最大贸易国。同时，中国派王叔铭、杨杰等人到苏联购买中型轰炸机、单双叶驱逐机及子弹、汽油、炸弹，随后由王叔铭等人和苏联援华空军志愿军一道，将试飞合格的中型轰炸机和驱逐机各十余架，从莫斯科、阿拉木图，经过伊犁、哈密飞往兰州，这是中国购买苏联的第一批飞机。
为了熟悉当时美国的军用飞机，宋美龄花了不少时间，对各种品牌的飞机性能作深入的研究工作，对有关航空理论、飞机设计、飞机零件等，也作过广泛的了解和接触。可以想见，宋美龄这样一个专攻文学、艺术、哲学的女人，对飞机的这般探索，对她来说未尝不是一种考验，对国民党即将新建的空军，更无疑是一大冒险。
宋美龄聘请前美国航空队飞行员罗伊·霍尔布鲁克为她的顾问。一次，她询问霍尔布鲁克，能否推荐一位美国飞行人员帮助把空军整顿好。于是，霍尔布鲁克推荐了陈纳德，这是一位曾经迅速发迹、锋芒毕露而又在美国长期不得志的人。１９３７年初春，陈纳德收到了宋美龄的一封信，问他是否愿意到中国当空军顾问，月薪１千美元，此外还有额外津贴、专用司机、轿车和译员，并有权驾驶中国空军的任何飞机。因病而离开军职的陈纳德立刻答应，４月１日即由旧金山搭乘“加菲尔总统号”邮轮经日本赴华，护照上面写的是到中国“考察农业”。
抗战时期宋美龄与陈纳德
１９３７年６月初，陈纳德抵达上海。当天见到了宋美龄。陈在那天的日记上写下他会见宋美龄的印象：“她将永远是我的公主。”陈纳德答应在两个月内向宋美龄提出对中国空军的考察报告。他一生都在等待遇到一位赞助人和完全按照自己意志行事的机会，而他一见到宋美龄就为之倾倒。两人初次接触和交谈，就一拍即合。此后，陈纳德的余生都是在为蒋氏夫妇服务中度过的。
在宋美龄的要求下，陈纳德从西方雇佣了一批飞行员，还从美国飞机制造商手中购买了一批较为新式的飞机，把年轻的中国空军武装起来。抗战期间他组建的美国志愿飞行大队因为作战勇敢，被居住在昆明的中国居民称为“飞虎队”。
在陈纳德的全力参与之下，宋美龄在极短的时间内，就掌握了对空军的领导权。１９３７年空军为蒋介石５０岁生日的祝寿表演就是宋美龄亲自安排的，她要求飞行员在蒋介石居住的洛阳上空作云雾排字表演。空军出动５０架飞机，在空中以排气烟云排出中文数字“五十”的字样来，博得蒋介石连声称道。这种表演现在看来不过是雕虫小技，但是在七八十年前，这样的一种祝寿方式，的确可以称得上是盛大仪式了。这也足以说明，宋美龄在整合空军人事和军力上已经做出相当的成绩。至少，她已经帮助蒋介石把空军这个现代兵种在最短的时间内，很快地建立并且巩固起来了。
除了在资金和组织上为空军提供便利外，宋美龄还通过媒体的力量为中国空军的发展做出努力。１９３７年３月１２日，她在上海英文报纸大美晚报发表了航空与统一一文，着力强调发展航空事业的重要性，并介绍了中国航空委会自成立以来所做的工作概况及其展望，认为“一切促进中国统一的新发展，或许要推飞机的功绩最伟大。飞机清除距离的能力和促进边省与各省间，或边省与中央间的密接而消除误会猜疑，恰好成为正比例。中国不久以前，既没有飞机场，又没有飞机，如今于航空总场以外，凡是全国各城市，虽短距离间，也都筑有临时机场，必要时可随时降落，以策飞行的安全，日后并将随时增辟，原有机场必将改良扩大……将来各大城市必定建精良的机场和航空交通设施，到那时，中国在航空发达的诸国之间，也将获得相当地位了。”
抗日战争爆发后，美国政府名义上保持“中立”，实际客观上纵容了日本侵华，如不准中国以现金向美国购买飞机，却供给日本汽油、机器零件等等。宋美龄非常气愤，于１０月１２日发表中国固守立场对美国的中立政策予以斥责，指出“日本已在上海使用飞机，疯狂地轰炸中国”，造成中国人民的巨大灾难后，美国政府竟然还“禁止船舶运输军火来华，并且拒绝颁发美籍教练员赴华的护照”，是阻挠我们寻觅自卫的途径，并且间接地帮助敌人，完成他们打击我国至屈膝投降的目的。这种意欲保持中立的举动，实则不过是助纣为虐，还有什么疑义呢？文章义正辞严地揭露了美国政府的“中立”动机与实质，说出了蒋介石想说而不敢说的话。同时也促使国人对航空事业倍加重视，并争取了正义之国对中国空军建设的积极支持与援助。
宋美龄因健康问题于１９３８年２月辞去秘书长职务。蒋介石立刻改组空军，他本人担任委员长，由宋子文接替宋美龄任秘书长，钱大钧主持全面工作。然而，宋美龄始终对空军一往情深，在空军的人事、采购甚至训练和作战以及资金的调拨方面提供了不少便利，被称作“空军之母”。
台湾“空军总司令”陈嘉尚在纪念宋美龄对中国空军的贡献的一篇文章中写道：“蒋夫人对于中国空军官兵的关怀，有如慈母一般，可说是慈晖普照官兵眷属。”他在文章中说，宋美龄“关怀空军，改善飞行员伙食”，“空军学生必须要聚精会神、小心翼翼地学习飞行，飞行员是非常需要良好的体力与脑力。抗战前宋秘书长交代励志社，给飞行员及飞行生每人一瓶牛奶补充营养，在那个时代喝牛奶谈何容易，即使是富贵人家也不一定会有这种享受。每位飞行员及飞行生很感激夫人的关怀。抗战时期，有一次战斗飞行中，一位飞行员获得一等功，宋美龄获悉空战胜利，极为高兴。通令空勤人员加伙食津贴三十元。以当时物价比较，二十元即可连工带料，作一套西装。可见秘书长的奖励提升飞行员伙食水平，使飞行员生活无忧。”
宋美龄亲自领导组建的中国航空委员会和中国空军部，在抗日战争中，屡立战功。１９３７年“七七事变”后，８月初，航空委员会正式成立空军作战前敌总指挥部，宋美龄的副手周至柔任总指挥，８月４日，即淞沪抗战前夕，就下达战斗动员令，做出周密部署：
第一大队留驻南昌，负责空运支援任务；
第二大队进驻绥阳，警戒中原，相机对上海作战；
第三大队进驻句容，警卫首都南京的领空；
第四大队进驻河南周家口，监视中原日军动态，准备作战；
第五大队进驻江都，负责监视津浦路和上海方面的日军动态；
第九大队进驻信阳，相机进驻蚌埠，支援地面部队作战。
当时，中国空军总共有飞机６００架，上述的第三、四、五队属驱逐机大队，能作战的仅一半左右。而日军有３０００架飞机，仅用于上海战场的飞机就有４００余架，且在上海建有飞机场，起飞距离前线不超过５英里，可以从容往返、补充燃料和弹药，日空军牢牢地掌握着制空权。尽管中、日空军力量差异悬殊，但在宋美龄等人的敦促和鼓动下，可敬的空军将士们，毫不畏缩地勇敢参战，给敌人以严厉打击。１９３７年８月１３日，日军进攻上海。１４日，中国２７架飞机在大雨滂沱中从周家口紧急飞往笕桥，分别拦截敌机，经极力奋战，击落敌机３架，首获光荣战绩。消息传遍全国，许多城市大放鞭炮，庆祝胜利。周至柔还亲自带外国记者去察看日机残骸。宋美龄对初战胜利，特别兴奋，除鼓励中国官兵们再接再厉发扬英勇战斗的精神外，她还建议把“八一四”定为中国空军节。
１９３８年４月２８日，日军偷袭武汉王家墩军用机场，炸毁２架苏联轰炸机。得到报告后，当晚蒋介石携宋美龄在钱大钧的陪同下，对中国空军第４大队全体飞行员进行了训话。宋美龄在蒋介石训完话后发言，她说：“日军的轰炸暴露了我们空军在预防和反应方面存在的问题。如果再这样下去，我们的空军就不起作用了。”蒋介石、宋美龄的训话给中国空军第４大队飞行员极大的刺激。当时的一位飞行员回忆说：“大家从会议室出来时，心情十分沉重，个个默默无语。”第二天，中国空军史上的一次壮举“４·２９空战”打响，中国空军给予日军沉重的打击。这是中国空军组建后第一次大规模的战斗。
１９４０年１０月，蒋氏夫妇派遣陈纳德到华盛顿协助宋子文的“中国国防供应公司”获取更多的战斗机、轰炸机和飞行员。宋美龄数年前就曾嘱咐陈纳德，在中国飞行员还未培养出来之前，不妨雇用西方的雇佣军。１９４１年夏天，陈纳德筹组的“美国志愿队”成员陆续来华助战。当年１２月２０日，持续轰炸中国一年未遭抵抗的日本空军在空袭昆明时，突遇一批机首漆着鲨鱼牙齿的美国Ｐ—４０战斗机升空对抗，使日军三菱轰炸机受到重创，逃回河内基地，中国人民所称的“飞虎队”开始在中国战区建功。
１９４２年２月２８日，蒋介石夫妇在昆明宴请陈纳德和飞虎队成员，宋美龄讲了这样一段感人肺腑的话：“在中国国运最严重的关头，你们带着希望和信仰飞越了太平洋来到中国。因为这个缘故，不仅我国空军，而且我们全国都展开双臂来欢迎各位。委员长适才曾道及你们光辉和英勇的事迹，他并且赞誉飞虎队为举世最勇敢的一支空军。”宋美龄接着说：“当你们翱翔天空时，你们无异于是用火焰在空中写出一些永恒的真理，给全世界都看到……”
据陈纳德夫人陈香梅讲：“当年飞虎队刚到中国是非常可怜的，很多人就讲亚洲的战场是一个被遗忘的战场，没有人注意的。陈纳德将军８年在中国帮助抗战是非常艰苦的，这一段事情很少有人晓得，当年跟他在一起的人大多已经不在了。中国空军那时炸弹、飞机零件都非常缺乏。因为陈纳德在中国的出色表现，抗战胜利后，美国参众两院为表彰陈纳德将军的献身精神，通过法案晋升他为空军中将，并列为美国十大空军领袖之一。”
宋美龄经常在新闻电讯和写给朋友的信中，详细介绍或报道空袭、空战的情况，足见她对空军的关注。１９３８年５月钱大钧派两架飞机去日本本土空投传单，并负侦察之责。５月２０日清晨，两架飞机到达日本领空，顺利完成任务而后安全返航。正在庐山召开妇女谈话会的宋美龄，听到这一消息后，欣喜若狂，马上向与会的妇女代表报告了这一好消息。第二天，中国各大报纸都在头版头条重要位置报道了这次对日本的空袭，一致认为虽然撒的是纸片，但其威力比炸弹重得多，它重重地打击了侵略者的气焰，增长了中国人民的志气。宋美龄作为中国空军创建者，借一位诗人的话说：“这是花朵，这也是炸弹。它向全世界宣布：中国人民不可侮！中国的抗战是一定要胜利的！”国外新闻媒体对此纷纷报道，称此举“胜于炸弹”，徐焕升和佟彦博这两位飞行员，从此也被誉为“轰炸日本本土的第一人”。
国民党空军是在宋美龄的一手经营下起步并成长起来的。为了空军的建设，她动用各种社会力量，倾尽全力地付出，这种特殊的情愫有目共睹。在此后很长一段时间里，宋美龄都把国民党空军称为“我的空军”。所以，“中国空军之母”的称号，宋美龄当之无愧。