进入1951年7月，志愿军经过5次战役，把“联合国军”打退到“三八”线附近，迫使其停止了战略进攻，并同朝、中方面举行停战谈判。从此朝鲜战争转入长期战略相持阶段。8月初，美国空军开始执行以“空中封锁铁路线”为目的的所谓“绞杀战”计划，企图利用优势空中力量，摧毁志愿军战略目标，切断供给线。在战术运用上，更多采用了大机群大编队的活动方式，每天出动飞机达到500架次以上。为了粉碎这一计划，志愿军空军遵照“稳步前进”、“轮番作战”的方针，从1951年9月起开始以师为单位参战，在第一阶段经历过实战锻炼的空军第四师仍然是首批参战的师级作战单位。
1951年9月25日，美机出动由轰炸机、截击机和战斗轰炸机混编的5批112架飞机空袭安州、平壤等地区的铁路目标。第4师起飞32架，在友军配合下升空迎敌。其中一批16架飞至安州上空时，突然与20余架美机遭遇，双方相距仅1000米。在来不及区分兵力的情况下，16架飞机一起投入了战斗。第1大队在大队长李永泰的率领下首先向8架F-84战斗轰炸机发起攻击，这时8架F-86战斗机从后方两边袭来，李永泰驾机在上升占位过程中被击中，航炮受损未能攻击成功，准备退出时又遭到4架F-86的围攻，李永泰驾机沉着周旋，上升高度到1.2万米才摆脱了敌机攻击，返回基地后发现，李永泰的飞机被击中30余发、负伤56处。
李永泰后来曾任人民空军副司令员
在李永泰与美机周旋的同时，飞行员陈恒、刘涌新为了保障长机组的安全，奋力向美机展开攻击，陈恒被击落后跳伞成功。刘涌新单机与6架美机激战，在击落1架F-86后也被美机击中，由于跳伞高度过低、开伞不及牺牲。刘涌新是志愿军空军第一个击落美F-86型飞机的飞行员，后被追记一等功，这次空战也拉开了志愿军空军与美空军展开大规模空战的序幕。后来毛泽东主席在看到当日的作战情况报告后亲笔批示：空四师奋勇作战，甚好甚慰。
1951年10月，第四师连续与美机进行了6次大规模空战。其中10月2日，第四师首次全师出动，取得击落美机2架、击伤1架的战果，被击落2架。随后在10月5日的战斗中，第四师较好发挥了长僚机协同作用，击落敌机3架、击伤2架，自己仅被击落1架。10月10日下午，第四师在局部集中优势兵力隐蔽接敌，一举击落美机4架、击伤1架，自己无损失。第四师在这6次空战中共击落美机16架、击伤7架。
志愿军空军机群
在第一次以师为单位的参战中，第四师共取得击落敌机20架、击伤10架的战果，自己被击落14架、击伤4架，以突出的战绩完成了实战任务。在休整期间举行的总结庆功大会上，表彰了137名在战斗中立功的人员。其中华龙毅在10月5日的战斗中抓住战机连续击落敌机2架，10月16日的战斗中，在飞机被击中、座舱盖被打穿且手臂中弹的情况下，仍然坚持战斗，并击落击伤敌机各1架，被评为特等功。
1950年10月10日华龙毅四机空战态势图