1926年，派到德克萨斯州的布鲁克斯机场担任飞行教官，开始尝试伞兵训练。

1930年，陈纳德被保送到弗吉尼亚州兰黎空军战术学校学习。毕业后在亚拉巴马州马克斯韦尔机场的航空兵战术学校任战斗机的战术教官。

1932年，美国陆军航空队任命陈纳德组建并带领一支特技飞行展示队。陈纳德和另外2名同伴研发了一套飞行特技和战斗技术。

1934年，陈纳德参加陆空联合演习，因战术问题与陆军部总参谋基尔伯恩发生矛盾，在军官名册上被除名。

20世纪30年代，世界空军界流行意大利军事理论家朱利奥·杜黑的“轰炸至上”的空战理论，战斗机受到漠视。陈纳德对这一套理论持怀疑态度。他坚信，现代空战是不能没有战斗机的，在未来的战争中，战斗机将像轰炸机一样扮演着重要角色。1935年，陈纳德编著出版了《防御性追击的作用》一书，阐述了自己的观点。此书出版后，其战术理论在美国陆军航空兵中有着一定的影响，但却未引起军界上层的注意。

1936年1月，中华民国空军毛邦初上校邀请陈纳德到杭州笕桥的中央航空学校担任飞行教官。

1937年4月，服役多年的陈纳德以上尉军衔退役。正在这时，陈纳德的好友霍勃鲁克从中国来信，问他是否愿意来华任职。陈纳德答应了。4月初，他从旧金山启程来中国。5月29日，陈纳德抵达中国。6月3日，蒋介石、宋美龄接见了他。此时，宋美龄任航空委员会的秘书长，实际上领导着中国空军。宋要陈纳德担任她的专业顾问，并给他两架T-13式教练机，以便他于视察中国空军的现状。通过考察，他得知国民政府名义上有500架飞机，但实际上只有91架能起飞战斗。

当陈纳德即将完成对中国空军的考察时，全面抗战爆发了。他马上给蒋介石去电，表示愿在任何能尽其所能的岗位上服务。蒋介石回电接受了陈纳德志愿服务的请求，让他“即赴南昌主持该地战斗机队的最后作战训练”。根据蒋介石的要求，陈纳德又招募了部分美国飞行员组成了第14志愿轰炸机中队。

1937年8月13日，淞沪会战开始。第二天，陈纳德派飞机参战。虽然轰炸机队投弹偏离目标，但中国战斗机在当日的空战中取得了胜利。10月，中国的飞机只剩10多架，许多中国飞行员阵亡。陈纳德设法雇用了4个法国人、3个美国人，1个荷兰人和1个德国人，加上6个幸存的中国轰炸机飞行员，组成了一个“国际中队”。他们成功的袭击了几个敌占区目标，造成日军的恐慌。但是在一天下午，日军飞机袭击了机场，使国际中队的飞机全部被炸毁。

按照陈纳德与中国航空委员会所订的合同，他的顾问任期到10月就满了。之后，蒋介石、宋美龄邀请陈纳德留在中国参加抗战，他毅然留下了。他们也没谈延长合同的事，只是每月发给他一定的薪金。当时，美国政府对日侵华战争持“中立”的态度，日本人知道有美国顾问在华帮助中国，曾要求美国下令让所有在华的美国空军人员离开中国。美国国务院将此情况转告陈纳德时，陈纳德却说：“等到最后一个日本人离开中国时，我会高高兴兴地离开中国。”

1937年12月，南京失陷，陈纳德随军撤到汉口。这时中国空军几乎损失殆尽，只得靠苏联援华的飞机来保卫城市。1938年4月，陈纳德和中国、苏联的空军指挥官知道29日是日本天皇的生日，断定这一天日机不会空袭，决定惩罚日本侵略者。为引诱日机来犯，他要中国和苏联的飞机佯装撤离汉口，飞往南昌。飞机起飞后先在武汉上空盘旋，让所有人看到他们撤离，当夜又悄然回到机场。29日清晨，日机从芜湖机场起飞，轰炸机在战斗机的掩护下飞临武汉上空。陈纳德事先侦得日机只有从芜湖到汉口一个来回的汽油，于是派了20架战斗机在城南拖住日军战斗机，使他们消耗大量汽油，在城市安排40架苏联飞机埋伏在高空，等日机折回芜湖时把轰炸机和战斗机分开，日军战斗机因缺油不敢去保护轰炸机，中苏飞机一队攻击轰炸机，一队攻击战斗机，将39架日机击落36架，只有3架落荒而逃。

1938年，接受宋美龄命令，在柳州筹建中国航空训练学校，后该校迁往昆明，训练中国空军和建立地面空袭预警网。他在昆明极其简陋的条件下对学员进行严格的训练，不少人中途被逃汰。

1940年后，苏联空军援华人员陆续撤走，中国空军在数量上处于绝对劣势，特别是飞机更为缺乏。这时中国空军和日本飞机之比是1：53，日本完全控制了中国的制空权。5月20日，蒋介石召见陈纳德，要他去美国，设法搞到尽可能多的作战物资。陈纳德返美后，四处宣扬中国人民的抗战，争取各方援助。富兰克林·罗斯福总统的两名助手被陈纳德的游说打动，在罗斯福面前赞成陈纳德关于建立空军的计划。最后，罗斯福决定对华进行军事援助，以把日本拖在中国。陈纳德几经周折，最终得到100架P-40型战斗机。1941年4月14日，罗斯福签署命令，准许预备役军官和退出陆军和海军航空部队的士兵参加赴华的美国志愿队。当陈纳德在7月中旬回到中国时，已有68架飞机、110名飞行员、150名机械师和其他一些后勤人员到达中国。

1941年8月1日，蒋介石发布命令，正式成立中国空军美国志愿大队，任命“陈纳德上校为该大队指挥员”。陈纳德立即开始对志愿队成员进行专门训练。经过几个月的训练，志愿队人员的技战术水平有了大大的提高。11月，陈纳德将美国志愿大队编为3个中队。第1队为“亚当与夏娃队”，该队飞机均有亚当围着苹果追夏娃的图案。第2队为“熊猫队”，该队飞机未画熊猫而画有飞行员的漫画像。第3队为“地狱天使队”，该队飞机均画有姿态各异的裸体天使图案。

1941年12月7日，陈纳德率第1中队和第2中队到昆明。20日，一批日机向云南方向飞来，昆明机场所有的飞机都升空迎击，并出师告捷。日方入侵飞机10架，被击落6架，3架负伤。志愿队无1架飞机损失。志愿队的初战胜利，给饱经日机轰炸的昆明人民以极大的鼓舞。当天晚上，昆明各界为美志愿队举行庆功会。报纸头版头条报道战斗经过，称美国志愿队的飞机是“飞虎”，从此飞虎队成为志愿队的代称。12月23日，陈纳德派第3中队转往缅甸仰光，协同英军作战。在两个多月的空战中，美英战机对日作战31次，共击落日机217架。

1942年2月3日，宋美龄致电陈纳德，要他出任驻华空军指挥官，军衔升为准将。陈纳德从一个鲜为人知的退役陆军航空上尉，一跃成为世界各国的新闻人物，顷刻之间成为美国家喻户晓的英雄，获得“飞虎将军‘的美称。

同年5月，日军进占缅甸，继而进犯云南。为阻止日军跨越怒江，陈纳德指挥志愿队连续出击。袭击保山、腾冲、龙陵一带的日军运输队，企图强渡怒江的一队日军在志愿队的轰炸下几乎全军覆没。6月，陈纳德率司令部及2个中队前往桂林。12日，志愿队在桂林上空一举击落日机8架，自己仅受伤1架。桂林人民为之欢欣鼓舞，集资2万元慰劳美飞行员。日军遭受打击后，飞行员上天心慌胆怯，因而要求增派飞机。

7月3日，陈纳德根据美国陆军部和蒋介石的命令，解散美国航空志愿队，而以志愿队部分队员为主组建隶属美国陆军第10航空队的第23大队。美国航空志愿队在中国、缅甸、印度支那作战7个多月，以空中损失12架飞机和地面被摧毁61架的代价，取得击落约150架敌机和摧毁297架敌机的战绩。美国航空志愿队共损失26名飞行员。美国航空志愿队解散之后，该队所留飞机和人员归并美国陆军航空队第23大队，与派驻中国的第16战斗机中队组成美国空军驻华特遣队，隶属美国陆军第10航空队。陈纳德改任美国驻华航空特遣队司令，军衔仍为准将。

日军得知航空志愿队解散的消息，遂将原在南洋的第3飞行师调往中国，企图一举歼灭新组建的美空军。7月份，日空军凭借数量上的优势，对华中的美空军基地发起进攻，面对数倍于己的敌军，陈纳德仍采取志愿队的空中游击战术，以奇袭和机动的作战方式打击日军。到7月底，共击毁日军战斗机2架，轰炸机12架。自己损失战斗机5架，轰炸机1架。特遣队初试锋芒，粉碎了日军一举歼灭在华美空军的企图，也表明该队有能力与数倍于己的日本空军周旋。

1943年3月10日，美国陆军航空队将驻华特遣队编为美国陆军第14航空队，陈纳德晋升少将司令。陈纳德上任后，强烈要求罗斯福加强驻华空军力量，夺回中国战场的制空权，并伺机攻击日本本土。他在作战计划和指挥权等问题上与美军中国战区参谋长约瑟夫·史迪威发生冲突。蒋介石对史迪威也多有不满，因此陈纳德得到蒋介石的支持。为使陈纳德脱离史迪威的指挥，蒋介石于7月12日致电罗斯福，要求将陈纳德提升为中国战区空军参谋长。罗斯福采取了折中的办法，同意让陈纳德担任中国空军（而不是中国战区）参谋长。7月25日，陈纳德应聘中华民国空军参谋长。10月，中美空军混合联队组成并投入战斗，联队编制上属于中国空军序列，指挥权则归陈纳德。

指挥权限的扩大使陈纳德开始发动计划中的攻势作战。从1943年7月下旬起，美日双方为争夺制空权在华中展开了激烈的空战。陈纳德指挥美空军，依靠“精密的情报通讯网”，仅在7月下旬的8天空战中，美军就击落日机62架，自己仅损失3架。美空军掌握了制空权后，即对长江和北部湾的日舰进行轰炸，并接连袭击了汉口、香港和广州的机场、码头，给日军以沉重打击。1943年11月25日，陈纳德指挥美空军机队远征日军在台湾的机场，击落日战斗机15架，并把机场上的42架日机全部摧毁。随着1944年国民党军在日军打通大陆交通线战役中的溃败，华东、华南的大部分机场先后落人日军之手，陈纳德的第14航空队在实施多次空战和尽量提供空中支援后被迫向西南收缩。陈纳德组织空中运输和空中支援，于1945年在芷江地区协助国民党军击败了日军的进攻。

抗日战争期间，陈纳德利用副官兼新闻记者约瑟夫·艾尔索普与罗斯福总统的亲戚关系，经常绕过史迪威和美国陆军参谋长乔治·卡特利特·马歇尔而与罗斯福直接联系并施加影响，史迪威和马歇尔因而对陈纳德颇为不满。

1944年秋，蒋介石与史迪威的矛盾激化。10月18日，罗斯福决定调回史迪威，改派阿尔伯特·科蒂·魏德迈来华接替他任美军中国战区参谋长。史迪威离华后，马歇尔等人就开始考虑改组在亚州的航空队，拟将所有驻缅甸和印度的空军调往中国，由驻华的空军司令部统一指挥第10和第14航空队。陈纳德坚决反对这一改组计划，然而他没有得到华盛顿的支持，也没得到蒋介石的支持。

1945年7月31日，陈纳德提出辞呈，魏德迈等立即批准。8月8日，离开中国，蒋介石和宋美龄设宴为他送行，并授予他中国最高荣誉——青天白日大蓝绶带（即青天白日勋章）。陈纳德回国几天后，日本宣布无条件投降。9月2日，盟军在“密苏里”号军舰上举行受降仪式，日本签署无条件投降的和平条约，陈纳德没有受邀出席。为此，他烦闷道：“8年来我唯一的雄心就是打败日本，我很希望亲眼看看日本人正式宣称他们的失败。”后来，美国国会决定将签署和平条约时在华盛顿升起的美国国旗赠送给陈纳德，以示安慰。

1945年12月，陈纳德重返中国。1946年1月，他和中国难民救济总署共同发起成立“中国难民救济总署航空运输公司”（后改为中国民航空运公司）。10月，成立了民航空运队，为行政院善后救急总署运送救急物资。

1947年12月21日，陈纳德与曾多次采访并报道陈纳德及其部属的中央社记者陈香梅（英文名安娜）结婚。

1949年，陈纳德的回忆录《一个战士的道路》在纽约出版。

1950年6月，民用航空运输公司由美国中央情报局花100万美元购得，将空运队改为控股公司，陈纳德任公司董事长。空运队被中央情报局控制后，飞机可以在日本的冲绳、东京和朝鲜半岛的汉城等地起飞，向中国大陆撒传单、空降物资和武器弹药等，支援国民党残存的军队、特务和土匪。这些活动遭到人民解放军的反击，不少飞机被击落，驾驶人员被俘。空运队还参与了朝鲜战争、越南奠边府战役。1953年底，应蒋介石的要求，将溃逃到缅甸的国民党残兵2000名、家属300名运到台湾。1954年又从泰国运出了3000名士兵、500名家属。陈纳德仍然是空运队的董事长，但很少为空运队办事。

1952年，陈纳德将他在民航空运队的股份出售，随后他在路易斯安纳州的梦洛，为陈香梅的两个女儿买下了一幢房子。

1957年，陈纳德在医院体检时发现肺上有一个恶性肿瘤，8月进行了手术。2个月后，陈纳德携妻和女儿回到台北，出席了空运队的会议。该年8月1日，在华盛顿举行的空军五十年金庆大会上，陈纳德被列为美国十大空军领袖。

1958年7月15日，德怀特·戴维·艾森豪威尔总统要求国会晋升陈纳德为中将，18日，美国国会通过晋升他为空军中将的法案。同日，宋美龄来到病房探望陈纳德。27日，陈纳德因患肺癌在路易斯安那州新奥尔良市的医院中去世，终年67岁。数日后，美国国防部将其安葬于华盛顿阿灵顿军人公墓。前美国志愿队队员、第14航空队的上百名队员，宋美龄、陈香梅以及一些美国的军政要员赶来参加葬礼仪式，艾森豪威尔也发来唁电盛赞陈纳德的功绩。

抗日战争爆发后，陈纳德积极协助中国空军对日作战，并且亲自驾机投入战斗。陈纳德组织了美国志愿队——即美国人驾驶美国制造的飞机为中国人作战。这支志愿队也就是后来闻名的“飞虎队”。飞虎队在从1941年底到1942年中历时7个月的战斗中，以空中损失12架飞机和地面被摧毁61架（包括撤退时自毁的22架）的代价，取得了击毁敌机近300架的战绩。飞虎队共损失26名飞行员。1943年，志愿航空队改为第十四航空队，除了协助组建中国空军，对日作战外，还协助飞越喜马拉雅山，从印度接运战略物资到中国，以突破日本的封锁，史称“驼峰航线”。在这条航线上，中美双方3年多共向中国战场运送了80万吨急需物资，人员超过3万人次。航空队共损失563架飞机，牺牲1500多人。第十四航空队还有力地配合了中国军队的战斗，至抗日战争结束，第十四航空队共击落日敌机2600架，击沉或重创223万吨敌商船、44艘军舰、13000艘100吨以下的内河船只，击毙日军官兵66700名。陈纳德在中国8年，协助中国人民抗战，为打败日本侵略者立下汗马功劳。

二战期间任盟军中国战区参谋长的美国上将阿尔伯特·科蒂·魏德迈说，陈纳德那“向外突出的下巴……显示出刚毅和果断”，他看上去就象是“用花岗石凿成的”。

法国作家、记者艾芙·居里说：“陈纳德的相貌确实不同寻常。……多么奇妙的面庞轮廓宛如刀削的一般，漆黑的眼睛和头发，瘦削的线条，凝重的双颊和前额，脸上的皮肤被太阳晒得黑黑的，满是斑点，就象是硝揉过的旧皮革。这副面孔很象是几世纪前一名海盗的脸，或者某一位伟大的冒险家的脸庞。”

陈纳德逝世后，曾任二战欧洲盟军最高司令的艾森豪威尔总统发来唁电：“我与陈纳德将军在第二次大战时虽在不同的战场作战，但我对他的成就、他的品德无时不表示景仰。”

1984年中共中央政治局委员、国防部长张爱萍访问美国时，特意设宴招待了“飞虎队”成员，盛赞陈纳德“为中国的抗日战争胜利作出了不可磨灭的贡献”。

2012年5月7日，时任中国国务委员兼国防部长梁光烈对陈纳德的外孙女尼尔·陈纳德·卡洛韦说：“在二战期间，陈纳德将军率领“飞虎队”与中国人民一道抵抗日本侵略者，中国人民永远不会忘记曾经支持、帮助过我们的老朋友。”

1945年7月6日，陈纳德卸任，中国政府授予他最高荣誉，云南宣布将昆明市区通往巫家坝机场的路更名为“陈纳德路”。

1945年8月2日，中国政府决定当晚8点在新运广场（现在的解放碑）为陈纳德举行欢送仪式。晚上6点左右，上万人赶到现场，想一睹他的真容。当陈纳德乘坐的敞蓬吉普车出现在民族路时，整条街已是水泄不通。人们挥着手大声呼喊陈纳德的名字。陈纳德深受感动，不会汉语的他流着泪，反复用“顶好”两个字回应大家。转眼就要到8点了，可陈纳德的车却被人流堵在路上无法到会场。不知谁最先想到的主意，大家推着车慢慢往前走。到后来，车子几乎被当作轿子抬进了会场。观礼台上装饰着飞虎队的标志，松枝与鲜花构起一道长虹。陈纳德望着送别的人海，泪流满面。一位多年来跟随飞虎队的中国地勤人员说：“自从马可·波罗以来，还没有一个外国人能够如此博得中国人的人心。”

为了表达敬意，陈纳德离开重庆时，重庆人民自发地向他赠送了上万件小礼品。中国政府则送了他一把金钥匙，表示中国的大门永远为他敞开，欢迎他随时回来。在重庆人民的赠礼中，陈纳德选择了一部分带回国。

1945年，陈纳德回到美国，与妻子耐尔·汤姆逊离婚。不久后，他返回中国，于12月抵达上海。几乎在他抵达上海的同时，陈香梅被选派到上海分社工作，就这样，两个人走到了一起。1947年12月21日，23岁的陈香梅和57岁的陈纳德的婚礼在上海虹桥路陈纳德寓所举行。1000朵象征着纯洁、忠贞、奉献与长寿的白菊花镶嵌成的大钟垂悬于起居室的天花板下。参加婚礼的除了陈香梅的家人外，还有陈纳德的老友、飞虎队的军医金特里，民航空运队的合作者威劳尔夫妇，翻译舒伯炎上校夫妇，当时的国民党政府的财政部副部长叶公超，法官、美国驻沪领事，以及一些至亲好友。婚礼的第二天，中美各大报都作了报道。

陈香梅曾在《陈纳德将军与我》中畅谈了对自己婚姻的看法，她写道：“西洋人以结婚为爱的坟墓，因为两人相悦到极点时，爱也走到终途，在那时结婚，已淡然无味。东方人以结婚为爱的开端，因为未结婚前两人相知不深，甚至根本不认识，然后才领略人生的温暖。陈纳德是美国人，我是中国人，我们把东西习俗来一个折中，恰到好处，永无止境”，“我们来自西方和东方，起初，我们仅是被一道围墙所阻隔着，我们非常陌生；可是当我们走出围墙以外之时，我们发现我们呼吸着同一的空气，我们原来就是生活在同一地球的人。虽然萍水相逢，可是相知极深。”

1945年8月8日，中华民国政府授予陈纳德当时中国的最高荣誉——青天白日大蓝绶带（即青天白日勋章）。

2015年9月2日，陈香梅应邀参加中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年纪念活动，代替陈纳德接受中国国家主席习近平颁发的抗战胜利70周年纪念章。

2015年音乐剧《一千个春天》：梅杰饰演陈纳德。

陈纳德航空军事博物馆是美国唯一以“陈纳德”冠名的博物馆，其建筑位于民国三十一年（1942年）建立的塞尔曼航空学校旧址。展厅内陈列有大量珍贵的藏品和史料，包括陈纳德儿时的照片和私人用品、作战时身着的军服，前往中国使用的职业栏标为“农夫”的护照和与战友在日本刺探军情时所使用的照相机，以及中国人民向陈纳德赠送的写有“英勇无敌”的锦旗。

2016年5月31日，陈纳德博物馆成立休斯敦分馆。

陈纳德飞行学校

2017年10月19日，陈纳德飞行学校在美国休斯敦北郊揭牌。

中国大陆

中国台湾

台湾省台北市二二八纪念公园亦有陈纳德铜像，后移到新生公园。2006年8月，又移至花莲空军基地（台湾地下空军基地）四零一联队队史馆与相关文物、资料以纪念馆的形式永久保存，并由陈香梅由美返台揭幕。