这次出战，与前两次大为不同，照方子翼的说法是：“表面上虽说是实战锻炼，在友军的掩护下打中小机群，但是，这次是受友军罗波夫军长的指挥，实际上承担着明确的作战任务，掩护交通运输线和朝鲜境内机场的修建。不仅无掩护的单打一路，而且小中大机群都打。每日出动2至4次，全以团编队和师编队作战。”
空四师此番上阵，作战规模越打越大，空战越打越激烈，而方子翼的空战指挥艺术也渐入佳境。9月25日，方子翼指挥全师出动4个团次编队（这是他第一次指挥打大空战），大规模的激烈空战进入高潮。十二团在此战中扬眉吐气，并在人民空军中第一次击落F-86机。空军首长对这次空战作了高度评价，在电报中指出：“四师的飞行员虽然都是新手，胆敢参加双方200多架飞机的激烈空战，必须承认是个胜利。”这既是对四师的表扬，也是对指挥员方子翼的肯定。
9月26、27日，方子翼指挥空四师又连续进行了两天激烈的空战，都是200架以上的大规模空战，接连挫败美国空军。美国第五航空队惊呼“这3天的战斗是历史上最长最大的喷气机战役”，因为志愿军空军“严重地阻碍着联合国军的空中封锁铁路线的活动”，美国空军被迫决定“战斗轰炸机以后不在‘米格走廊’内进行封锁交通线的活动”。美国远东空军司令威兰中将在随后的记者招待会上，不得不承认对交通线进行的空中封锁越来越困难了。
10月2日，毛泽东在看了空军呈送的关于空四师作战情况的报告后，欣然批示予以嘉勉：“空四师奋勇作战，甚好甚慰。”
1952年1月起，美国远东空军在其“绞杀战”破产后，重新部署兵力，再抽调一个F-84战斗轰炸机中队（25架飞机）到前线，并改装一个F-86大队（75架飞机，相当于中国空军一个师又一个大队），还补充了一些参加过“二战”的王牌飞行员，开始实施其“饱和轰炸”作战，是月成为志愿军入朝作战后铁路运输线遭受破坏最严重的一个月。为保障后勤运输，1月16日，方子翼奉命率空四师第4次进驻安东前线机场。在这次诸多战事中，为历史铭记的是2月10日那场空战。
这天清晨，根据空联司司令员刘震的命令，方子翼指挥空四师出动师编队，以空十团主攻、十二团掩护，截击美国远东空军第四联队的战斗和轰炸机群。美国远东空军第四联队被称为“狗熊”，是从美国本土调到前线的一支劲旅，很难对付。十二团三大队大队长张积慧过江后在与团编队失去目视联系后，谨慎地搜索作战空域，发现尾后有敌机偷袭，遂率僚机向左急侧滑上升，当敌机冲前时即俯冲追逐，一下咬住其中的长机。这架F-86使出浑身解数，几次想甩掉张积慧，都没有成功。张积慧连发两炮，终于将其击落。接着又击落了那架僚机。但张积慧也被赶来增援的F-86机群击中，跳伞生还。
整个空战结果：二比二。对张积慧自己来说，是一比二。所以方子翼觉得此仗没有打好，敌我损失相当，得不偿失。一连几天，他都在抓检讨原因。但15日晚，刘亚楼向空联司和空四师发来急电，称：据合众社华盛顿消息，美国“空中英雄”戴维斯于2月10日在朝鲜北部上空被击落，着空四师尽快查明戴维斯究竟被谁击落。方子翼闻讯大喜，一扫“得不偿失”的阴影，马上派出两个调查小组入朝实地调查，找到了远东空军四联队少校中队长戴维斯的尸体和飞机残骸。张积慧的座机残骸和伞降点距此地500米处。当时只有空四师十二团在这一地区上空作战，且只有张积慧击落了两架Ｆ-86，又据战斗在这个地区的??间相差不大，张积慧跳伞着落后，正是由该师救起收容的，所以认定戴维斯为张积慧所击落。
戴维斯，“二战”时便是战功卓着的王牌飞行员，入朝后仅半年时间就执行了59次作战任务，击落11架米格-15、3架图-2，是远东空军战绩最好的“头号王牌”，被美国空军当局誉为“百战不倦”的“空中英雄”。戴维斯的死，在美国军队和朝野引起极大震动。美国远东空军司令威兰中将在一项特别声明中哀叹这“是对远东空军的一大打击”，“是一悲惨的损失”，“给在朝鲜的美国喷气机飞行员带来了一片黯淡的气氛”。美国国会要人、共和党领袖勃里奇也为这一惨败大发雷霆：“本来就不该把戴维斯派到朝鲜战场。”他借机攻击民主党进行侵朝战争的愚蠢，说现在进行的朝鲜战争“是美国历史上最没有希望的冲突”。世界各国在震动中也不甘寂寞。在英国，全国妇女大会直接向丘吉尔请愿，要求立即停止战争，从朝鲜调回英国的军队。
在喷气机上飞行时间只有100来小时的年轻飞行员张积慧成了特等功臣、一级战斗英雄。张积慧不止一次说，他能击毙美国空中英雄戴维斯，与地面指挥员方子翼师长的正确指挥分不开。参战前，方子翼直接与他谈话，鼓励他勇敢顽强，坚决果断。作战中，方子翼一步不离地面指挥，全神贯注地在雷达上跟踪指挥，及时向张积慧通报情况。
