Rankiem 24 lutego rozpoczęła się prowadzona przez Federację Rosyjską tzw. specjalna operacja wojskowa na Ukrainie, faktycznie będąca niesprowokowaną agresją. Rosyjski Sztab Generalny zakładał opanowanie kluczowych punktów strategicznych kraju w maksymalnie trzy dni. Miało to doprowadzić do załamania się ukraińskiego aparatu państwowego i łańcucha dowodzenia sił zbrojnych oraz upadku woli walki wśród społeczeństwa i żołnierzy. Ważnym elementem tych planów były uderzenia lotnictwa strategicznego i taktycznego oraz desanty powietrzne. Nadzieje na błyskawiczne zakończenie kampanii okazały się jednak daremne. Popełnione przez stronę rosyjską podczas planowania i wykonywania zadań błędy oraz twardy opór Sił Zbrojnych Ukrainy spowodowały przekształcenie się zaplanowanego Blitzkriegu w mozolną wojnę na wyniszczenie.
24 lutego około godziny 4.00 rano czasu polskiego (5.00 czasu kijowskiego) rozpoczęła się szeroko zakrojona inwazja Sił Zbrojnych Federacji Rosyjskiej na Ukrainę. Atak nastąpił jednocześnie z trzech stron: terytorium Rosji, obszarów okupowanego Krymu i Donbasu oraz terytorium sojuszniczej Białorusi. Uderzenie lotniczo-rakietowe w pierwszej kolejności skupiło się na bazach lotniczych, posterunkach radiolokacyjnych, stanowiskach dowodzenia i rozpoznanych stanowiskach ogniowych obrony przeciwlotniczej. Rosjanie użyli samolotów uderzeniowych Su-24M, Su-34 oraz bombowców strategicznych Tu-95MS i Tu-160. Te ostatnie wystrzeliwały pociski manewrujące dalekiego zasięgu, pozostając poza obszarem oddziaływania ukraińskich systemów obrony powietrznej. Ostrzeżone przez wywiad ukraińskie lotnictwo tuż przed rosyjskim atakiem rakietowym poderwało w powietrze sprawne samoloty, aby uchronić je przed zniszczeniem na ziemi. Udało się w ten sposób uratować praktycznie wszystkie samoloty, które rozśrodkowano na lotniskach cywilnych i drogowych odcinkach lotniskowych. Wiadomo, że w czasie ewakuacji lotnisk zginęło dwóch oficerów, którzy pośmiertnie otrzymali tytuły Bohaterów Ukrainy. Pierwszym z nich był Wiaczesław Radionow, dzięki któremu w powietrze wzbiło się ugrupowanie samolotów brygady w Wasylkowie, co uchroniło je przed uderzeniem rakietowym. Z kolei podpułkownik Eduard Wagorowski zginął wyprowadzając samolot spod ostrzału rakietowego i umożliwiając innym wzbicie się w powietrze.
Znane są zdjęcia zniszczonych na lotniskach samolotów MiG-29, Su-24M i Su-25, wszystkie jednak dotyczą skupisk samolotów dawno wycofanych z użycia, co źle świadczy o rosyjskim rozpoznaniu celów. Wydaje się przy tym, że wierząc w sukces planowanego przewrotu Rosjanie użyli zdecydowanie zbyt małej liczby środków ogniowych, uderzenie wykonując niejako na pokaz, w celu zastraszenia władz ukraińskich. Podczas porannego przebazowania pilot myśliwca Su-27 o numerze taktycznym niebieski 23 zdecydował się na lot do Rumunii z uwagi na brak możliwości lądowania na uszkodzonych lotniskach i kończący się zapas paliwa. Po dotarciu do rumuńskiej przestrzeni powietrznej ukraińska maszyna została przechwycona i odeskortowana do lądowania przez dwa dyżurujące samoloty F-16AM Rumuńskich Sił Powietrznych. W pełni uzbrojony samolot przyziemił w 95. Bazie Lotniczej w Bacău, gdzie pilot Suchoja oddał się w ręce władz rumuńskich. 1 marca, na wniosek władz ukraińskich, Su-27 odleciał do swojego kraju. Maszyna, bez uzbrojenia na pokładzie, została odeskortowana przez dwa myśliwce MiG-21 LanceR do granic państwowej przestrzeni powietrznej, gdzie oczekiwał na nią inny samolot ukraińskiego lotnictwa wojskowego, który odprowadził ją na bezpieczne miejsce lądowania.
Po wstępnym obezwładnieniu celów do ataków z bliższej odległości przystąpiły rosyjskie samoloty szturmowe Su-25SM, a także mieszane ugrupowania śmigłowców transportowych Mi-8 i szturmowych Ka-52 i Mi-28. Najważniejsza z operacji śmigłowcowych miała na celu opanowanie lotniska Hostomel, leżącego około 15 km od Kijowa. Znajduje się tam główny hub linii Antonowa, gdzie stacjonują ciężkie transportowce An-124, An-22 i An-225. Lotnisko miały zająć siły Specnazu oraz pododdziały 31. Gwardyjskiej Samodzielnej Brygady Desantowo-Szturmowej z Uljanowska. Po oczyszczeniu pasa z celowo ustawionych na nim przeszkód, miało na nim wylądować 18 transportowców Ił-76 z ciężkim sprzętem i posiłkami. Wzmocnione w ten sposób siły po krótkim marszu miały wedrzeć się do Kijowa, do którego jeszcze przed wybuchem wojny przeniknęły pododdziały dywersyjne.
Zgodnie planem formacja około 20 śmigłowców transportowych Mi-8 w eskorcie śmigłowców szturmowych Ka-52 (całość liczyła 34 maszyny) wysadziła 200-osobowy oddział rosyjskich żołnierzy, który zajął część portu lotniczego. Śmigłowce z desantem napotkały w tym rejonie na silny ogień z przenośnych rakietowych systemów przeciwlotniczych. Nad Dnieprem na północ od Kijowa takim pociskiem został zestrzelony śmigłowiec transportowy Mi-8MTW, który natychmiast spadł do wody. Na zarejestrowanym materiale wideo można zaobserwować, jak kolejny rosyjski śmigłowiec nieustalonego typu eksplodował w powietrzu nad lotniskiem. Ponadto w wyniku uszkodzeń bojowych przymusowo lądowały dwa rosyjskie Ka-52. Jeden został przejęty przez ukraińskich żołnierzy. Załoga drugiego została ewakuowana przez żołnierzy desantu, a jej śmigłowiec trafił w ręce ukraińskie po wykonanym 4 marca kontrataku. Z kolei na konto ukraińskich Su-27 zapisano dwa wrogie myśliwce Su-30SM, które zapewniały górną osłonę operacji. Sądząc po przyznanym nieco później pośmiertnie tytule Bohatera Ukrainy, zwycięstwa te były dziełem porucznika Witalija Mołczana. Dodatkowo myśliwcom MiG-29 z broniącej ukraińskiej stolicy 40. Brygady Lotnictwa Taktycznego przypisano zestrzelenie dwóch innych śmigłowców. Podczas tego starcia nieustalony statek powietrzny wpadł do rozlewiska rzeki Dniepr pod Wyszogrodem. Obecnie przeważa opinia, że był to ukraiński MiG-29, którego pilot katapultował się, lecz władze w Kijowie od początku milczą na temat strat własnych. Wiadomo, że tego dnia zginął major Dmitrij Kołomiec, który wg uzasadnienia pośmiertnego odznaczenia tytułem Bohatera Ukrainy „uratował swoich towarzyszy odciągając ogień nieprzyjacielskich samolotów, przez które został zestrzelony”.
W późniejszych godzinach do walki włączyły się ukraińskie bombowce Su-24M, samoloty rozpoznawcze Su-24MR i szturmowe Su-25, które przeprowadziły kilka ataków rakietowych i bombowych na rosyjskie oddziały w Hostomelu i odleciały z powrotem bez strat. Mimo okrążenia przez żołnierzy ukraińskiej Gwardii Narodowej i stopniowego spychania z zajmowanych pozycji, do końca dnia Rosjanie zdołali utrzymać się na lotnisku lub w jego okolicach. Nie wykonali jednak zasadniczego zadania zabezpieczenia pasa, w wyniku czego lądowanie transportowców ze wsparciem zostało odwołane.
W rejonie zamkniętej Strefy Wykluczenia wokół Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej zestrzelony został rosyjski samolot szturmowy Su-25SM. Strona rosyjska utrzymywała, że był to wypadek w następstwie błędu w technice pilotażu. Ponadto w rejonie Woroneża, około 100 km od granicy z Ukrainą, z nieznanych przyczyn rozbił się rosyjski samolot transportowy An-26. Maszyna należała do 35. Mieszanego Pułku Lotniczego i prawdopodobnie brała udział we wsparciu toczących się operacji bojowych.
Sztab Generalny Sił Zbrojnych Ukrainy poinformował o zestrzeleniu w ciągu całego dnia ogółem siedmiu rosyjskich samolotów i sześciu śmigłowców. Z kolei rosyjskie Ministerstwo Obrony podało, że w trakcie pierwszego dnia operacji wojskowej zestrzelono dwa ukraińskie Su-27, dwa Su-24, jeden śmigłowiec i cztery bezzałogowce bojowe Bayraktar TB2.