Летчики учатся летать в мирном небе, вдалеке от фронта, но секреты боя раскрывают только на войне. Не из каждого хорошего пилотажника получается хороший воздушный боец. Васильченко в короткий срок стал отличным бойцом. Он рвался в воздух, много летал, всегда был готов выполнить самое сложное и опасное задание. Одно из них было получено в конце мая 1920 года от начальника Воздушного Флота 13-й армии В. И. Коровина: следовало сфотографировать передовые позиции противника (по запросу своих наземных частей).
В отряде имелись два отечественных фотоаппарата «Потте» и запас пленки. Аппарат заряжался пленкой на пятьдесят кадров. Для открытия затвора натягивался трос, на конце которого устанавливалась резиновая груша. Нажимая на эту грушу, летчик перемещал заслонку объектива — получался один снимок. Временные интервалы отсчитывались в уме. Боевой полет с использованием фотоаппарата отличался от полета на визуальную разведку по способу его выполнения и характеру действий летчика одноместного самолета.
Фотографирование давало результат только в хорошую погоду. Однако при ясном небе были хорошо видны не только объекты съемки, но и самолет-разведчик с земли. Этот фактор использовали войска противника, над которыми осуществлялся полет. Повышенная опасность для наших летчиков крылась и в том, что при фотографировании требовалось соблюдать строгий режим по скорости и высоте. Резкие снижения и наборы не допускались, так как срывали съемку. Надо было лететь по прямой в горизонте на небольшой высоте, представляя собой довольно удобную мишень для обстрела неприятеля. Таким образом, прежде чем давить на грушу, молодому летчику следовало собраться с духом.
Командир авиаотряда Спатарель, разрабатывавший вместе с Васильченко план полета, так описывал события того памятного дня:
«В ночь перед вылетом Николай вместе с мотористом Святкиным тщательно готовили старенький «ньюпор», производя ремонтные работы. Они сделали все возможное, и утром в назначенное время самолет поднялся в воздух. В наборе высоты мотор, давно «просившийся» на свалку, начал капризничать, но Васильченко продолжал полет. Вот и рубеж начала съемки. Неожиданно противник открыл интенсивный огонь. Васильченко, не обращая на него внимания, продолжал строго выдерживать курс вдоль Турецкого вала. Но на середине боевого пути произошло то, что не было неожиданным: мотор сдал окончательно, в кабине стало тихо. Васильченко бросил грушу, развернул самолет с остановившимся винтом и стал планировать на свою территорию. Внизу проплыли линии траншей с колючей проволокой. Николай выбрал небольшую площадку и посадил на нее «ньюпор». Передний край остался позади всего в трехстах метрах… Подоспевшие на помощь красноармейцы помогли оттащить самолет в укрытие.
Неисправность мотора прибывший механик устранил довольно быстро. На правой нижней плоскости «ньюпора» зияли пробоины от осколков снарядов. Но это не поколебало решения летчика вновь вылететь на задание, выполненное только наполовину. Самолет, отбуксированный на удобную для взлета площадку, поднялся в воздух. Но не успел он набрать заданную высоту, как мотор снова заглох. На сей раз вынужденная посадка была произведена у самого переднего края белых. Операция по перетаскиванию «ньюпора» проходила уже под артиллерийским обстрелом, а на ремонт было затрачено несколько часов. Под вечер Васильченко снова поднялся в воздух. Несмотря на сильный огонь противника он сумел преодолеть весь запланированный маршрут и посадить самолет на своем аэродроме. Задание было выполнено. Штабы наземных частей, готовящихся к штурму Перекопа, вовремя получили фотоснимки, на которых были видны даже пулеметные гнезда противника».
За смелую воздушную разведку врид начальника 6-го истребительного отряда Васильченко Н.И. был награжден орденом Красного Знамени (приказ № 46 от 10 февраля 1921 года).
В авиасводке о боевых действиях на Каховском плацдарме 12 августа 1920 года сообщалось о воздушном бое, успешно проведенном красным летчиком против семи самолетов противника. Подробности этого боя приводились в книге «Красный Воздушный Флот на службе революции», вышедшей в 1923 году (статья называлась «Геройский подвиг т. Васильченко»): «Семь белогвардейских «хэвилендов» шли плотным строем на бомбардировку переправы, имевшей важное значение для наших войск. Они уже вышли на боевой курс, когда из-за облачка вынырнул маленький «ньюпор» и атаковал ведущего группы. «Хэвиленд» резко, отвернул, и строй бомбардировщиков нарушился. Но, разобравшись в обстановке, они перестроили боевой порядок для боя. Два самолета ушли вверх и провели атаку с пикирования. Пулеметные трассы прошли рядом с кабиной «ньюпора». Красный герой Н. Васильченко, виртуозно маневрируя, занял выгодную позицию и выпустил короткую очередь. Вражеский самолет снизился и панически покинул поле боя. Продолжая каскад изумительных фигур, наш летчик закончил их еще одним соколиным ударом. Ретировался еще один «хэвиленд». Но ведущий беляк, пристроив к себе оставшихся четырех, снова повел их к переправе. «Ньюпор» успел за это время набрать высоту и, выбрав момент, набросился на группу противника. Строй «хэвилендов» распался, взаимодействие нарушилось. Ведомые, не доходя до цели, побросали бомбы и повернули на восток. Ведущий семерки остался один. Он, видимо, решил продолжать бой. У Васильченко на исходе были горючее и патроны. А противник, по всему чувствовалось, был опытным. Но наш истребитель умело использовал недостаточную маневренность «хэвиленда». После четко выполненной фигуры он оказался у него в хвосте. Последнюю очередь Васильченко выпустил почти в упор. Сразу за линией фронта «хэвиленд» врезался в землю. Следившие за боем красноармейцы с криками «Ура!» бросали вверх буденовки».