二月五日，由于第2师团、第6师团、第16师团连续被东北军全歼，满洲派遣军第3军司令官菱刈隆大将被解职，驻台湾日军司令官松井石根大将接替第3军司令官职务；同日，第13、第15师团也投入了东北战场，这使得入侵东北的日军已经达到15个师团、38万兵力（包括已经被东北军全歼的3个师团、7万余兵力）。客观上讲，此时的东北战争已经偏向于东北军一方，日军的中路部队和左路部队完全陷入被动挨打，只有右路部队勉强在岫岩保持跟东北军的僵持。按照日本陆军的计划，新投入东北战场的第13和第15师团分别援助第3和第4军，第13师团跨过鸭绿江进入东北，第15师团在营口盖州登陆。但日本海军反对这个计划，声称由于东北军已经从国外购进了数目不详的潜艇，因此继续展开这种登陆行动是非常危险的，已经参战的海军舰艇不能再分散使用，以防再让东北军的潜艇部队趁虚而入。陆奥号被击沉和长门号被击伤，使得日本海军一朝被蛇咬，十年怕井绳。由于海军的不配合，日本陆军只得改变计划，第13和第15师团都从朝鲜北部进入东北境内，划入已经损失了三个师团的第3军作战序列里。
获悉日军的调兵遣将后，东北军总司令部迅速针锋相对改变作战计划。此时的三路战场上，辽东战场的日军虽然损失巨大，但毕竟拥有5个师团，退守大连地区展开防御的能力不容小觑，大连是狭窄的半岛，完全在日军舰炮的轰击范围和日军舰载机的覆盖航程内，因此让南线方面军继续向南推进的难度很大，一下子吃掉日军5个师团也很不切实际；而东路右翼的岫岩战场，日军第5师团和第19师团基本完好，再加上日军又新增了两个师团，因此也不利于东北军在岫岩地区发动攻势；至于西路左翼的营口盖州战场，日军第4军则是个大大的软柿子，第3师团已经只剩下个空壳，第7师团和第14师团也都伤亡近半，最适合东北军展开进攻。经过杨宇霆、萧浩然、蒋百里、李浴日等人的研究，决定把杨虎城部第17师和刘翼飞部的8000余残兵调至凤城，遏制日军再次北上威胁沈阳，冯治安部第37师和张自忠部第38师开赴岫岩，联合傅作义部在岫岩继续坚守和机动作战；沈阳和辽阳的防御交给第11、第12骑兵旅；南线方面军转攻为守，第5军第107师、第112师开赴庄河，抵御日军增援部队南下参战，第5军其他部队和第2、第3军负责在大连战场与日军第1、第2军对峙；第1军则挥师北上，转战营口和盖州。此战的目的是重创日军第4军，如果条件有利，就再吃掉日军一两个师团以消灭日军有生力量并给予日军更大的震慑力。
激烈的战火再度犹如燎原烈火般在东北战场上席卷冲天。
雪过天晴的东北天空中，双方航空兵猛烈交锋，奋力争夺制空权并向对方地面部队给予猛烈打击。从鸭绿江到渤海湾，双方的数百架飞机反复纠缠格斗，使得东北的天空就像东北的地面一样沸腾燃烧了起来。让日军航空兵非常沮丧和难以置信的是，东北军的空中力量似乎没有因为开战第一天的突袭和之后的激战损失而彻底覆灭掉，东北空军的飞机似乎正在迅速增长中。而事实也确实如此，东北空军正在战斗中慢慢地恢复着元气，从最低沉时期的100多架飞机已经增长到了此时的300多架。东北空军的飞机主要有两个来源，一是公主岭飞机工厂昼夜不息生产而制造出来的，二是从德国大量进口。希特勒对张学良有着“患难真情”，因此对东北军的这场战争也给予了非常巨大的支持，虽然中国北方海域已经被日本海军封锁和控制，但一艘艘的德国商船则源源不断地开到上海，里面的“货物”随后被中国船只运到青岛，再通过火车运到东北境内，希特勒知道张学良其他不缺，最缺的就是飞机，因此半卖半送了上百架飞机给东北军，五分之四是德国空军此时的主力战斗机He51飞机，剩下的是德国著名的Ju-52运输机（容克-52运输机），这些飞机都是德国本土的“民航飞机制造厂”生产出来的。日本此战的目的是想吞并东北，并不想把事情“闹大”，因此自然不会攻击德国商船和中国南方的船只。与此同时，在东北境内进行秘密培训的德国飞行员们也纷纷以雇佣军的身份临时加入东北空军，驾驶着飞机与日军飞机作战，一来可以帮助东北军取胜，二来可以让德国空军趁着这个实战的大好机会培养出优秀的飞行员，因此德国空军负责人赫尔曼戈林和东北空军副司令冯庸可谓一拍即合，对这种合作都十分满意。当然，这些德国飞行员的报酬、奖金、阵亡抚恤金都由东北政府承担。
翱翔在东北天空中的东北飞机里，一半是黑头发黑眼睛黄皮肤的东北空军飞行员，一半是黄头发蓝眼睛白皮肤的德国空军飞行员。值得肯定的是，德国飞行员的技术确实比中国飞行员要胜过一筹，并且这些德国飞行员尽忠职守的精神也不输给中国飞行员，同时他们也很珍惜这场参加实战的机会，因此参战的德国飞行员无不奋勇作战，取得了赫赫的战果。在这场空中盛宴中，东北空军和德国空军都涌现出了大批的王牌飞行员，东北空军第一王牌高志航在二月初的时候已经累计击落日机30架整，而参战的德国空军第一王牌飞行员海茵茨巴尔则后来居上，这位只有20岁的德国空军中尉在参战后第十天就打破了高志航的记录，平均一天击落3架日机，最辉煌的时候是一天击落7架日机。高志航随后也奋起直追，旋即在三天后击落了第40架日机。
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德国的援助和德国飞行员的参战，极大地帮助东北空军一步一步地夺回了制空权。东北军虽然没有承认德国飞行员的存在，但也给予了他们极大的奖励。2月8日这天，海茵茨巴尔在空战中愈战愈勇，甚至有些得意忘形了，他本来的任务是协助东北军对营口和盖州展开攻击，但是在击落第3架日机后，他只顾开足马力追击一架被他击伤后逃回海上的日军舰载机，结果把飞机开到了日军舰队的上空，立刻遭到日军防空火力的轰击。座机被严重击伤的巴尔急忙驾驶飞机向陆地上撤离，最后坠毁在了盘锦以南的大洼县农村。狼狈不堪跳伞的巴尔落在一片麦田里，半小时后，一大群当地的中国农民顺着飞机爆炸的声音和火光赶来，看到了这个金发碧眼的德国飞行员。在农民们迷惑不解的目光中，巴尔急忙从怀里取出一块东北空军发给他的布，上面写着“我是帮助东北军打仗的德国人，请你们帮助我，把我送到最近的东北军部队或政府，东北军和东北政府会给你们奖励的”，同时巴尔还用他临时抱佛脚在培训班里学来的蹩脚汉语反复说道：“窝四班里们打张的独国人（我是帮你们打仗的德国人）。”恍然大悟的农民们立刻欢天喜地、兴高采烈地欢迎和招待了巴尔，不停对他竖大拇指“德国朋友好样的！”，然后给他换上干净衣服并请他吃了一顿，最后用驴车把他送到盘踞县政府。县政府先奖励这些农民三百大洋，随后用汽车把巴尔送回了附近的东北空军基地。巴尔对此很感动，战后在东北的时间里，他经常去这个救过他的中国小村庄看望那些朴实善良的村民，每次前去都受到了村民们的热烈欢迎，最后他还娶了村子里的一位中国姑娘。
这样的事例是非常多的，坠机跳伞后的德国飞行员跟东北飞行员一样，都得到了附近百姓的热情招待和真诚帮助。当然，同样坠机跳伞在东北土地上的日本飞行员就没这么好的待遇了，赶到坠机点的当地农民都狠狠地“招待”了这些不请自到的东洋客人，先打个半死，然后捆得像猪猡一样地交给附近的政府或东北军，同样也能获得一笔奖金。近半跳伞落地的日军飞行员都是被中国农民给活活打死的。
2月13日上午，十二架容克-52运输机在六架He51战斗机的护航下，从天津出发，飞临旅顺上空，然后在地面东北军官兵们的欢呼雀跃中空投下了四十多吨物资（每架容克-52运输机可弹）。漫天的伞花犹如仙女散花般漂浮在旅顺的上空，这是旅顺守军第一次得到来自后方的物资援助。结束空投任务后的机群随后对包围旅顺的日军进行狂轰滥炸，扔下了十多吨炸弹。运输机群空投给旅顺守军的物资里，大部分是弹药和药品，其他的是香烟、糖果、罐头、冷冻饺子，另有两封信，都是张学良亲笔写的。第一封信里，张学良祝旅顺守军全体官兵除夕快乐，赞扬了他们为国家坚持奋战至今的精神和辉煌战绩，第二封信里，张学良祝赵海军和阮玲玉新婚快乐，同时在信封里还附带了两枚钻戒。旅顺守军官兵们此时才想起来，今天是全球华人共同欢庆的除夕大年夜。东北空军的飞行员们在空投给旅顺守军的物资木箱上都写着“第102师的弟兄们，除夕快乐！恭喜发财！”“饺子好吃的话，下次再给你们送些！”“以后我们会经常来看望你们的！”等话语；而在顺便空投给围攻旅顺的日军的炸弹上，东北空军的飞行员们则写上“畜生们，除夕快乐！恭喜发财！送个炸弹给你们做新年礼物！还请笑纳！”“饺子留给我们自家弟兄，炸弹留给你们这些王八蛋！”等话语。
由于旅顺守军是在辽东半岛战场上牵制日军第1军和第2军的重要力量，因此东北空军特地在天津和山东烟台修建的连座机场，共有三十多架战斗机、四十多架运输机以及十多架轰炸机专门增援旅顺守军。于学忠曾致电赵海军，询问他继续坚守旅顺需要什么？