1951年3月15日，中国人民志愿军空军在辽宁安东（今丹东）挂牌成立，刘震出任司令。抗美援朝期间，苏联没有派航空师直接参战，但派来大量军事顾问与技术人员，既提供了重要支持，也在一些问题上与中方发生分歧。关于空军基地选址，刘震与苏联空军顾问克罗洛夫发生了激烈争论。

1951年下半年，克罗洛夫建议把志愿军空军进驻朝鲜北部，以便统一指挥。刘震经过考虑，提出多项反对意见：白天敌机掩护轰炸机来袭时，若前线机场被炸毁，歼击机油料不足无法返航；夜间技术受限无法起飞迎战，损失风险大；而朝鲜机场跑道经常被轰炸，无法长期维持起降条件。双方争执不下，最终请示到彭德怀处。彭德怀听取双方意见后，提出暂把基地放在国内，待条件允许再进入北朝鲜，克罗洛夫虽不满但无可奈何。

随后刘震注意到敌方每天清晨都会派三十多架飞机在鸭绿江以南侦察天气，而志愿军空军此前很少在早晨发起空战。他决定出其不意发起一次突袭，但为避免再与克罗洛夫发生冲突，前夜悄悄下达了作战预令。

1952年2月10日清晨5时，天冷而多薄云，雷达发现数批敌机先后向平壤、沙里院和价川方向侵入。敌方编队由16架F-84、F-80型战斗轰炸机和18架F-86战斗机护卫组成，向铁山半岛方向飞来。按照预案，刘震命令空四师两个团起飞，空三师处于二等待命。空四师迅速派出34架米格战斗机，分为16架攻击队和18架掩护队，编成“品”字队形急速奔赴战区。

刘震在指挥所通过无线持续掌握空情，并不断提醒空中部队加强戒备、注意搜索目标。很快，空四师12团三大队长张积慧报告远方出现一道道白色尾迹。刘震果断下令投掉副油箱，爬升准备迎敌。敌机有时贴近海面、有时钻入云层，向西南推进。张积慧与僚机单子玉抢占高度后俯冲突击，突袭之势出其不意，敌方领航机瞬间慌乱俯冲逃逸。张积慧在掩护下紧追不舍，在约600米处瞄准开火，三连炮齐发命中目标，一架敌机被击落。

空战进入尾声时，气象员报告海上云层正迅速向陆地移动，沿海机场将被云层封闭，若不及时返航将难以着陆。与此同时，敌方第二梯队正向战区增援，形势异常紧迫。刘震在指挥所沉着冷静，迅速制定应急方案：令二梯队的空三师飞到鸭绿江对岸上空阻拦敌机追击，为空四师返航提供掩护；同时命空四师分散以大队为单位，迅速就近在七个机场抢时间着陆；二梯队完成掩护后再回飞内地机场着落。整个作战从起飞到最后一架飞机着陆，前后约50分钟。

在指挥结束、确认最后一架飞机安全落地后，刘震因极度疲劳感到头昏眼花，被随行参谋扶进房间休息。这次突袭出其不意、攻其不备，打乱了敌方侦察节奏并取得战果。当天早些时候，克罗洛夫刚照常来值班，得知这次行动事后才知情，表情由愠转惊。随后有电台报道，被击落的是美军王牌少校戴维斯，战绩显赫。克罗洛夫兴奋地冲到刘震处通报这个消息，刘震却只发出一声轻响，继续睡去——他确实太累了。