Trong thời gian từ 1966 đến 1968, ông đã cùng đồng đội tham gia chiến đấu và trực tiếp bắn rơi 8 máy bay của Không quân Hoa Kỳ và chỉ huy đơn vị bắn rơi 8 máy bay khác. Một số trận không chiến xuất sắc của ông được ghi nhận lại như sau:

• Ngày 4 tháng 5 năm 1967, bắn rơi một chiếc F-105 "Thần sấm" trên vùng trời Tam Đảo, Vĩnh Phúc trên chiếc MiG-21 số hiệu 4324;
• Ngày 29 tháng 7 năm 1967, bắn rơi một chiếc F-4 "Con ma" cùng biên đội Nguyễn Ngọc Độ[3];
• Ngày 16 tháng 9 năm 1967, bắn rơi một chiếc F-101 (số hiệu 56-0181, thuộc Phi đoàn Trinh sát Chiến thuật 20, phi công Patterson)[3];
• Ngày 18 tháng 11 năm 1967, bắn rơi một chiếc F-105 "Thần sấm" trên vùng trời Phú Thọ, trên chiếc MiG-21 số hiệu 4324.

Ông đã được Chủ tịch Hồ Chí Minh tặng 8 huy hiệu Bác Hồ vì những chiến công này.[2] Tháng 7 năm 1968, ông được đi dự Đại hội Chiến sĩ thi đua tiêu biểu hai miền Nam Bắc.[4] Cùng tháng 12 năm 1968, ông được Chủ tịch Hồ Chí Minh tặng một chiếc đồng hồ vì thành tích bắn rơi nhiều máy bay Mỹ. Ông được tuyên dương Anh hùng Lực lượng Vũ trang Nhân dân ngày 18 tháng 6 năm 1969 khi đang là Đại úy, Đại đội trưởng thuộc Trung đoàn Không quân 921.

Điều đặc biệt là hai trong số các máy bay MiG-21 mà ông từng điều khiển, mang số hiệu 4324 và 4326, đều là những chiếc máy bay có số lần bắn hạ đối phương cao nhất (4324 với 14 lần và 4326 với 13 lần), đồng thời cũng có số lượng phi công từng điều khiển đạt đẳng cấp phi công át chủ bài nhiều nhất, được phong anh hùng nhiều nhất và trở thành tướng lĩnh nhiều nhất.[5]