1940年11月担任中国航空委员会顾问的陈纳德和航空委员会委员毛邦初从中国去美国，谋求一批作战飞机并招募一批飞行人员。陈纳德向美国各界人士介绍了中国抗战的艰巨性和重要性。几经周折，陈纳德关于要美国支持中国抗战的建议终于得到财政部长亨利.摩根索和海军部负责航空事务的次长托马斯.科克兰的支持，并说服了美国总统罗斯福。1941年3月，罗斯福总统签署了《租借法案》。按照这项法案战斗机等武器装备可以作为租借物资出租给中国或其他国家。同年4月15日罗斯福总统又签署了一项密令，允许美国陆、海军退役军人参加美国志愿队前往中国。美国政府向中国提供了原先为英国生产的100架P-40B战斗机，以后以更先进的飞机补偿英国。陈纳德与将介石的私人代表宋子文以“中央飞机制造公司”的名义在美国各地招募空地勤人员，其条件是：每人每月工资，飞行员600美圆，队长750美圆，机械人员350—400美圆，每年30天带薪休假，外加每月30美圆生活津贴。随后，宋子文又规定飞行员每击落一架日本飞机奖给500美圆。每个志愿人员都必须签约作为中国空军志愿人员，为中国空军服务，并受到交战国被俘人员的国际保护。
1941年7月由100名飞行员、50名机械人员和后勤人员组成的第一批美国志愿人员到达缅甸同古镇凯德机场。不久第二批美国志愿人员也到达凯德机场。后来陆续从美国运来P-40B战斗机100架，在港口搬运过程中一架掉入海中，实际只运到99架。1941年8月1日美国志愿航空队在缅甸同古镇凯德机场成立，由陈纳德上校（由中国空军任命为上校）任队长，下辖三个战斗机中队，第一中队（亚当-夏娃中队）队长罗伯特.桑德尔、第二中队（天使中队）队长杰克.纽科克、第三中队（熊猫中队）队长阿维德.奥尔逊，每个中队装备18架P-40B/C战斗机，还有10架备用机；志愿队有机械师、军械师、无线电员、叠伞员、厨师、面包师、摄影师、军需官、文书、气象员、医生、护士、和一名随队牧师，加上中国空军派赴该队服务人员共计240人（编制为270人）。
美国志愿航空队是中国政府出资，编入中国空军序列，装备美国飞机，完全由美国志愿人员组成，由美国人指挥独立作战的航空部队。但重大事情必须请示、报告“航空委员会”（中国空军最高领导机构）。陈纳德通过对飞行人员进行包括飞行基础、空战战术等方面的飞行训练，并利用自己多年来对日本空军空战战术和飞机装备的研究，结合自己探索、研究的双机和三机编队协同作战方法，利用P-40战斗机机体坚固，俯冲性能好、速度快的特点，采取打空中游击战的战术训练飞行员。经过一段时间的训练，飞行员们已能熟练地驾驶P-40战斗机，空中射击成绩也不错，具备了空中作战能力。中国空军给美国志愿对的主要任务是：担负昆明地区基地防空作战，打击滇缅公路日军，保障滇缅公路运输。
每一个见过P-40飞机照片的人都会对飞机机身上的鲨鱼图案以及各式美女图案留下深刻印象。当时志愿队队员看了印度画报上的鲨鱼受到启发，并借用英国皇家空军在非洲的做法，在发动机外罩上绘了一付凶恶的眼睛和一排雪白的大牙齿，把突出的机头部分变成虎鲨的头部。美国志愿航空队的飞机机头都画上鲨鱼的眼睛和牙齿，据说可以震慑敌人。
早在筹组美国志愿队时，在华盛顿的中国防御用品公司的人员就志愿队的标志进行过讨论，有的提议用龙，有的提议用鹰。当时在中国防御用品公司负责的宋子文说，“龙”既古老又陈旧，“鹰”为美国空军标志容易混淆。他说：“老虎是最凶猛的野兽，当给它加上翅膀老虎就更加凶猛。传说一个人吃了剑齿虎的心，就能获得剑齿虎的胆量和力量。”美国志愿队接受了宋子文的建议用带翅膀的虎作为该队的标志。飞虎队标志的原型由美国迪斯尼公司在1942年设计。一只展翼的孟加拉虎从代表着胜利的“V”字中飞扑而出。志愿队每个中队都有自己的名称，第一中队“亚当-夏娃中队”、第二中队“天使中队”、第三中队“熊猫中队”，每个中队都有相应的图案作为队徽喷涂在飞机机身上。

1941年12月18日，日军飞机突然轰炸昆明。12月19日，陈纳德命令第1、2中队驻防昆明担任云南境内防空作战任务，第3中队留驻仰光协助英军防空作战。12月20日上午，日军从越南河内起飞10架96式/三菱G3M2陆上轰炸机，在没有战斗机的掩护下空袭昆明。日本空军并不知晓美国航空志愿队已于前一天急转昆明。美国航空志愿队起飞24架P-40B战斗机拦截，在昆明上空展开激烈的空战。并以9：0的战绩，首开空战记录。这是日本空军两年多来在中国战场首次遭到严厉打击。胜利的消息很快传遍了全中国，因为美国志愿队的飞机上都画有“带翼的虎”，云南省政府主席龙云在昆明庆功会上称志愿队为“空中飞虎”。 “飞虎队”的战绩和誉称作为头版头条新闻出现在盟国各大报刊上和电台的广播中，迅速传遍了全中国和全世界。由于“飞虎队”在仰光后来的空战中连续取得胜利，更是激起了全世界人们的好奇心。英国首相丘吉尔向英国住缅甸总督发电报称，“这些美国人在缅甸稻田上空所取得的辉煌胜利，如果不是在规模上，那么在性质上可与皇家空军在英伦空战的肯特果园和酒花田上空进行的空战所取得的胜利相媲美”。美国合众社、联合报社、《纽约时报》、芝加哥《每日新闻》和《时代—生活》杂志等新闻机构都派记者到昆明采访陈纳德和美国志愿队。他们每发一篇报道，“飞虎队”的传奇色彩就增加一层。志愿队人员曾听到旧金山KGEI电台播发一篇评论，称“飞虎队”是世界上作战最勇敢的部队，这家电台还专门用10分钟的时间宣传“飞虎队”的战绩，使“飞虎队”队员感到无比自豪。而“飞虎队”的美誉也从此家喻户晓。