Chiến đấu bảo vệ bầu trời miền Bắc.

Sau khi hoàn thành khóa đào tạo phi công tại Liên Xô, Phạm Tuân trở về nước và tham gia lực lượng Không quân Nhân dân Việt Nam trong giai đoạn cuộc kháng chiến chống Mỹ diễn ra ác liệt. Ông được giao nhiệm vụ bảo vệ bầu trời miền Bắc, thường xuyên cất cánh đánh chặn các tốp máy bay Mỹ xâm nhập. Mỗi lần xuất kích đều diễn ra trong điều kiện hết sức căng thẳng, đòi hỏi phi công phải có bản lĩnh vững vàng, khả năng phán đoán nhanh và kỹ năng điều khiển máy bay chính xác. Với tinh thần dũng cảm và sự bình tĩnh trong chiến đấu, Phạm Tuân đã hoàn thành nhiều nhiệm vụ quan trọng, góp phần bảo vệ các mục tiêu chiến lược và giữ vững vùng trời miền Bắc. Những kinh nghiệm tích lũy qua các trận không chiến khốc liệt đã giúp ông trưởng thành vượt bậc, tạo tiền đề để lập nên chiến công bắn rơi máy bay ném bom B-52 của Mỹ vào cuối năm 1972.