Японские войска начали высаживаться в Шанхае 28 января 1931 года – якобы для защиты прав японских граждан. Через 2 дня к китайским берегам прибыл авианосец «Кага». 1 февраля там же появился «Хосё». Авиагруппа «Каги» состояла из 24 истребителей A1N и 36 штурмовиков В1М. «Хосё» имел 10 истребителей А1N и 9 штурмовиков В1М. Эти 79 самолетов должны были обеспечить японцам полный контроль в воздухе над районом боев.
На земле китайская армия упорно сопротивлялась японским захватчикам в районе Шанхай – Вусанг до 3 марта. Провал японского наступления на земле привел к тому, что самолеты «Кага» практически уничтожили китайскую часть Шанхая. В воздухе горстка китайских летчиков, обученных американцами, просто не могла оказать сопротивление японцам.
После Шанхайского инцидента между Китаем и Японией установилось непрочное перемирие. Внутри самой Японии в 30-х годах царил политический хаос. С приходом к власти контролируемого военными правительства был взят курс на создание сильного военно-морского флота, способного противостоять растущей американской морской мощи. Постройка и модернизация японских авианосцев в 30-х годах сопровождались качественным улучшением авианосных самолетов. После того как выяснилось, что отечественные проекты авианосных самолетов оказались неудовлетворительными, японцы создали истребитель A4N – улучшенный вариант более ранних самолетов и пикирующий бомбардировщик D1A – модификацию немецкого Не-50. Бомбардировщик Аичи D1A стал первым японским самолетом, спроектированным специально для бомбометания с пикирования.
После окончания боев в Шанхае Япония ввела войска во все стратегически важные пункты северного Китая, а также полностью оккупировали Манчжурию. Ночью 7/8 июля 1937 года во время маневров в районе Пекина во время случайной стычки японские войска начали артиллерийскую перестрелку с китайскими силами. Инцидент на мосту Марко Поло к концу месяца превратился в настоящую войну. 11 августа японцы снова высадили войска в Шанхае, и снова при поддержке авианосных самолетов. В середине августа к берегам Китая прибыли авианосцы «Кага», «Хосё» и «Рюдзё» и приняли участие в этих операциях.
На сей раз японской авианосной авиации противостояли лучше оснащенные и лучше подготовленные китайские воздушные силы. Позднее к ним присоединились 4 эскадрильи русских истребителей и 2 эскадрильи бомбардировщиков, укомплектованные добровольцами. Американские инструкторы, возглавляемые Клэром Л. Шэнно, бывшим офицером Воздушного корпуса американской армии, обучали китайских летчиков, которые получили американские и английские истребители.
17 августа 1937 года с авианосца «Кага» взлетели 12 штурмовиков, чтобы атаковать китайский порт Ханкоу. Плохая погода помешала им встретиться с истребителями прикрытия, и возле цели штурмовики были атакованы китайскими истребителями. 11 японских самолетов были сбиты, и только один, весь изрешеченный пулями, сумел вернуться на корабль.
Эти потери и явная неспособность истребителей A2N2 и A4N1 справиться с китайскими истребителями поставили под угрозу всю операцию японцев. «Кага» вернулся в Японию, чтобы взять на борт новый истребитель-моноплан. Это был А5М, получивший у союзников название «Клод». «Клод» стал первым в мире авианосным истребителем-монопланом. Даже с неубирающимся шасси он был маневреннее и скороподъемнее, чем советский И-16, на котором летали китайцы. И-16 превосходил японский истребитель лишь по максимальной скорости. Русский самолет развивал скорость 281 миля/час против 273 миль/час у А5М. «Клод» дал японцам неоспоримое господство в небе Китая.
Кроме авианосных самолетов, в боях над Китаем японцы использовали двухмоторный базовый бомбардировщик ВМФ G3M1 «Нелл». Эти самолеты действовали с аэродромов на Формозе, нанося удары по целям, удаленным от острова на расстояние до 600 миль. Когда эти бомбардировщики атаковали китайскую столицу Нанкин, то защитники города, собрав все имеющиеся истребители, сумели сбить за три налета 54 бомбардировщика.
В ответ японцы начали использовать улучшенный G3M2, оснащенный дополнительными пулеметами. В качестве истребителя дальнего сопровождения применялся А5М2а «Клод», оснащенный подвесными баками. Воздушные налеты на Нанкин возобновились в октябре 1937 года. Во время первого налета 27 авианосных истребителей, сопровождавшие 9 бомбардировщиков, уничтожили 11 из 16 китайских истребителей. Китайцы сражались мужественно, но к декабрю уцелевшие истребители были отведены с аэродромов Нанкина. Столица была брошена на произвол судьбы.
К середине 1940 года все побережье Китая уже контролировалось японцами, но бои на суше зашли в тупик. Однако японский флот развернул интенсивное воздушное наступление против Китая. Летом в эскадрильи ВМФ начали поступать новые самолеты, в том числе предсерийная партия истребителей А6М2. Это был лучший авианосный самолет того времени. Хотя в системе обозначений японских самолетов, принятой союзниками, он получил название «Зики», этот истребитель стал гораздо более известен под обозначением фирмы-производителя: Мицубиси тип «0», или «Зеро». Стандартный серийный истребитель А6М/модель 52 имел максимальную скорость 351 миля/час, достигал высоты 19700 футов за 7 минут и имел непревзойденную маневренность. В руках опытных пилотов до 1943 года «Зеро» не уступал ни одному истребителю на Тихоокеанском театре.