初任笕桥中央航校教官、蒋介石座机副驾驶、分队长、中队长，1938年任空军第十四队队长，此后历任国民政府第六重轰炸大队大队长、八大队大队长、中美空军第五混合团（即第五大队）副司令、兰州（第三军区）与地区司令、联队长、空军总部署长，国防部总务局长、驻苏武官。

1949年赴台，曾任蒋介石侍从室主任，空军总部主任、参谋长、副总司令等，1963年接任空军总司令，四年后卸任，后任中华航空公司董事长、国民党中央评议委员。1984年3月4日病逝于台北。

抗日战争中，徐焕升曾因1938年首次驾机飞往日本本土投撒揭露日本帝国主义侵华罪行的《告日本人民书》而闻名全国。

抗战初期，日本飞机在我华夏上空横行肆虐，不可一世；相对弱小的中国空军只能被动应战。谁也不曾想到， 1938 年 5 月，中国空军战士徐焕升、佟彦博远征日本本土，投下了一捆捆五颜六色的传单，博得了世界人民的广泛同情和尊敬；大长了中国人民的志气。这就是抗战史上著名的“纸片轰炸”，亦称为“人道远征”行动，徐焕升、佟彦博也由此记载在民族英雄的史册上。

这次远征日本的飞机选用的是两架美制 B-10轰炸机；这种飞机装有两台功率为 775 马力的发动机，翼展 21.49 米，机长 13.63 米，起飞重量为 7430 公斤，最大时速 343 公里，升限 7300 米，航程 1900 公里，机上安装有机枪三挺，可携带 1025 公斤炸弹，每架乘员为 4 人。空军前敌总指挥部把这次远征定为双机编队。 1403 号机为长机，由徐焕升驾驶， 1404 号机为僚机，由佟彦博驾驶。随机机组人员共 6 名。

宁波栎社机场被确定为东征的前线机场。

当日 15 时 23 分，两架银白色的马丁 B-10B 重型轰炸机满载上百万份传单从武汉汉口机场秘密起飞。

飞在前面的是长机 1403 号徐焕升，拉开一定距离的是僚机 1404 号佟彦博。二人肩负着如此光荣而艰巨的使命，心情异常激动。

两架神鹰在栎社机场进行了最后的检修和加油。

晚饭后，两位机长带着机组人员聚集在起飞线一侧的飞行员休息室，一面等候武汉总部的电令，一面展开军用地图，再一次校对了航线。

入夜 11 时，电务科长送来的汉口急电：可以出击，祝一切顺利！

11 时 20 分，徐焕升、佟彦博等机组人员来到起飞线。黑暗中，没有谁发出指令，八个人整齐地排成一列，遥对西方发出庄严地宣誓：为吾中华，抗日救国，飞渡重洋，远征三岛。以吾神鹰，警告日寇，唤醒人民，制止战争。 8 名勇士紧紧地拥抱在一起， 8 颗炽热的心合着一个节拍跳动着。

23 时 48 分，跑道两侧突然亮起了杏的跑道灯。接着耳机里传来了指挥员的命令：“起飞！”两架战鹰呼啸着腾空而起，消失在遥远的夜空，横跨东海，向 800 多公里外的日本本土飞去。

5 月 20 日凌晨 2 时 20 分，轰炸机飞临日本上空。从空中鸟瞰，夜幕下的日本列岛，诚如一条张牙舞爪的鳄鱼。

2 时 45 分，两架飞机以 3500 米的高度飞临九州的重要城市长崎市上空。长崎是日本发动侵华战争的前哨城市，也是日本空军重要的出击基地。市内设有多处军火工厂，同时也是日海军基地。

次日，长崎市民走出屋外，惊异地发现空中纷纷扬扬地散落下无数纸片，犹如漫天的大雪一般，这是中国轰炸机上撒下的传单。上面用日文醒目的印着：《中华民国全国民众告日本国民书》、《中华民国总工会告日本工人书》。也有警告日本军阀的传单，上面写着：“尔再不驯，则百万传单一变而为万吨炸药矣，尔其戒之！”

再说执行任务的中国战机，飞离长崎之后，双机在黑夜中时前时后，时高时低，互相策应，配合默契。终于在 3 时 45 分，飞临九州北部城市福冈上空。在中国战机所投照明弹的映照下，隐藏在黑暗中的福冈城在机身下暴露无遗。佟彦博立即报告长机：“目标到达。”随之传来了一声清晰的命令：“投弹！”传单像雪片一般飞撒下去。机上报务员不断地向国内发回电报：“空中没有阻拦，无数探照灯银柱直插云霄，高射炮火密集喷射；我机安全飞离……”

双机按预定目标依次飞临久留米、佐贺、熊本及九州各城市，撒下传单上百万份，在日本本土上空飞行近 2 个小时。

这一夜，日本九州各地乱成一团 ，中国飞机每到一地都投放照明弹并撒下传单。一时间，空中纸片纷飞，地上人声嘈杂，各地灯光全都熄灭，探照灯往空中乱照，高射炮瞎打一气。不待日军歼击机起飞，中国飞机即已飘然而去。

5 月 20 日，旭日东升，万里无云，中国远征日本的轰炸机身披霞光，胜利返航。 8 时 45 分，佟彦博机组在玉山机场首先降落， 9 时 24 分，徐焕升机组在南昌机场降落。双机加油后再度起飞，于上午 11 时 13 分在武汉上空会合，然后在汉口机场，徐徐着陆。

汉口机场上鼓号齐鸣，掌声雷动。各界人士数千人在机场热烈欢迎远征的勇士胜利归来。

中国共产党高度赞扬这一壮举。 5 月 23 日，周恩来、吴玉章分别代表中国共产党和八路军亲赴武汉国民党航空委员会政治部，向空中的勇士们赠送了锦旗。佟彦博心潮起伏，饱含热泪接过了锦旗，周恩来说：“你是英雄，抗日英雄，爱国的英雄……”中共中央的赠旗上赫然写着“德威并用，智勇双全”八个大字。

根据国民政府军委会的命令，全体机组人员均受到晋升一级并获受勋嘉奖。