随着南京于1937年12月被日军攻陷，抗战局面越来越艰难。中国空军在经历了淞沪会战、南京保卫战之后，损失殆尽。即使如此，国民政府当局依然实施了一项空袭日本本土的计划。中国空军飞跃东海，用“纸片炸弹”成功在日本九州的长崎，佐世保军港和八幡等城市实施了一场宣传示威性的人道主义空袭，堪称日本本土有史以来遭遇的首次空袭，在国际引起巨大反响。

人道远征计划

　　早在抗战初期，蒋介石就有了轰炸日本本土的想法。1936年末，国民政府军事委员会参谋本部制定1937年度的《国防作战计划》时，就明确提出了轰炸日本本土，争夺制空权。但由于国民政府对中国空军的飞机数量、特性以及飞行员的能力都不甚了解，加之前线更加需要争夺制空权和对敌战术轰炸支援，远征日本的作战计划便暂时搁置下来。
　　1937年底，苏联空军的支援使中国空军士气大振，但地面战线节节败退。国内外有不少人认为，抗战已无胜利的希望，主张放弃抵抗向日本投降。为挽回颓势，蒋介石觉得需要有一次重大军事行动，来鼓舞民众的抗日士气。远征日本的计划，再次被提上日程。
　　1938年3月，遵照蒋介石的指令，中国空军重新制定了《空军对敌国内地袭击计划》，准备以宁波、诸暨两机场为出发基地，于1938年5中旬，空袭日本九州的长崎、佐世保军港和八幡等城市。佐世保军港是日本海军的一个重要基地，八幡拥有日本主要的钢铁企业，对这两地进行袭击，可以对日军起到很大的震慑作用。
　　当时中国空军拥有的遠程轰炸机，包括：意大利萨伏亚、美国道格拉斯、德国亨克尔、伏尔悌V11、诺斯罗普2EC和美国马丁139WC等各种轻重型轰炸机。由于日本西南部的九州距离中国东海海岸近1000公里，往返2000多公里，因此仅有美国马丁139WC重型轰炸机能担此重任。
　　1935年，中国向美国定制了9架马丁轰炸机，直至1937年8月才全部运抵中国。马丁139WC是B-10B重型轰炸机的外销型号，也是当时中国空军装备的最先进的飞机，与美军装备的不同之处，只是发动机排气管位稍有改动。但由于马丁机的数量有限，仅靠几架飞机投弹轰炸，无法起到震慑的效果，还有可能遭到日本大规模的轰炸报复。于是，国民政府当局决定，派出两架马丁轰炸机用宣传单代替炸弹，在日本本土抛撒，以启发日本民众反战的情绪，并造成国际影响，也显示出我全民抗战的决心。时任航空委员会秘书长的宋美龄将这一次远征日本本土称作是人道远征。
　　蒋介石核准《空军对敌国内地袭击计划》之后，中国空军进入了准备阶段。由于中国空军飞机没有远程通信和导航设备，且中国飞行员的技术有限，更没有跨海作战经验，执行轰炸任务的人选一直悬而未决。毕竟当时中国政府财力有限，每一架轰炸机对于中国空军来说都是相当珍贵的。

为了荣誉主动请战

　　1938年初，由于原中国空军第二大队第14中队飞机损失殆尽，便将原来由美、英、法、荷等国的多名志愿飞行员组成的外援队改为直属空军司令部的国际第14中队，马丁139WC轰炸机就属于该中队管辖。由于马丁139WC轰炸机及相关资料都掌握在第14中队外籍人员手中，蒋介石外籍顾问端纳建议派美籍飞行员李尔德上尉担当人道远征驾机任务。但没想到，李尔德狮子大开口，要求10万美元作为酬劳。
　　得知此事后，徐焕升觉得这是一次扬我国威、提升中国国民士气的特殊任务，需要中国人自己完成。因此，他主动请战，通过宋美龄推荐，最终蒋介石同意了。徐焕升自中央军官学校第六期毕业后，被选入中央航空学校第一期受训，后又前往德国航空学校、意大利空军专科学校深造6年，学成回国后任航空教官，蒋介石专机驾驶员。经过缜密部署，航空委员会决定把这个机密任务交给中国空军新编的神鹰中队的中队长徐焕升上尉。
　　为了接管马丁轰炸机，又不让李尔德等外籍飞行员泄密，徐焕升颇费了一番周折。1938年3月，他利用日机来袭的虚假情报，将14中队调往成都。降落后，便通过地面部队的配合，将马丁机控制起来。直至第二天外籍飞行员返回机场，他才出示了相关证明文件，并说明将由中国飞行员完成远袭日本空袭任务。原以为即将获得10万美元丰厚酬金的外籍雇佣飞行员们，听到这个消息非常气愤，一个名为吉鹏的飞行员直接掏出手枪向徐焕升射击，但没有击中。冲突过后，外籍队员们自觉失去了要价的条件，也只好接受遣送汉口的安排。航委会立即以作战不利，军纪涣散为由，解散了这支雇佣兵。第14队重新恢复为纯粹中国人的编制序列。
　　为了保证任务的顺利完成，航委会又从第八大队第19中队以及中央航空学校调来数名优秀飞行员，参加集训。最终，挑选了8名精英，包括徐焕升、佟彦博、苏光华、刘荣光、蒋绍愚、雷天眷、吴积冲、陈光斗，成立特别轰炸中队。由徐焕升为正驾驶员，驾驶编号为1403的长机，佟彦博驾驶编号为1404的僚机，计划在5月中旬选择一个月夜执行远征任务。

首抵日本本土

　　5月正值长江流域的梅雨季节，气候不利于当时仅靠目视飞行的中国空军完成任务。徐焕升提前飞抵宁波观察推测气候变化。1938年5月19日下午2时，航委会接到徐焕升从宁波发来的电报，请示立即执行任务。特别轰炸中队接到命令，立刻从汉口的王家墩机场起飞，先向南直飞避开长江沿岸日军的耳目之后经由南昌、衢县飞抵宁波栎社机场。
　　当晚23时30分许，徐焕升和佟彦博分别驾驶马丁1403、1404号轰炸机，从宁波栎社机场起飞，沿舟山群岛南端避开日机防空警报系统，直指日本方向飞去。两架马丁轰炸机发来的电报描述：“云太高，不见月光，完全在黑暗中飞行。凌晨两点四十分，云层出现裂缝，新月高悬，星光初朗，遍地灯光依稀可见。”
　　在云海中航行了近3个小时的徐焕升和战友们终于到达目标上空。此时的日本列岛还在沉睡当中，飞机降至3500米时一份份传单像白色的雪花一样，从舱板下的方形射击孔投出，纷纷扬扬地飘向日本的领土。机上报务员向国内发报：“空中没有阻拦，地面发出警报，灯火管制了，我机安全飞离。”由于油料有限，两架马丁轰炸机在日本本土盘旋半个多小时，把带去的纸弹全部投完后，飞机掉头向西南沿原路返回。此后的情况如航空委员会给蒋介石的报告中所说，“我机传单散毕，任务完成，于7时20分抵浙江海岸，8时45分降落南昌机场。加油后于11时返汉口，人机无恙。”
　　当日的汉口空军基地举行了盛大的欢迎仪式，欢呼的群众以及各国记者蜂拥而至，以迎接8名中国空军勇士。5月22日，周恩来、王明、吴玉章代表中共中央和八路军办事处亲自到国民政府空军司令部，对凯旋的中国空军人员进行慰问，并敬献锦旗，上书“德威并重，智勇双全”。周恩来还发表了讲话，赞扬他们的成绩和英勇行为，并与徐焕升和佟彦博合影留念。
　　这一次成功的空袭，虽然对日军起到了一定的震慑作用，也增强了中国人民抗日的决心，鼓舞了军队的士气，但并没有阻止日本军国主义侵略中国的步伐。美国《华盛顿邮报》、苏联《莫斯科新闻》等，纷纷发表文章大赞中国空军飞临日本散发传单的壮举，日本政府可谓颜面扫地。二战后，美国《生活》杂志刊登了世界著名的12位飞行员的照片，徐焕升位列其中，照片上表明，徐焕升是先于美军杜立特将军轰炸日本本土的第一人。