Major Mölders entrou na Luftwaffe em 1934, aos 21 anos. Em 1938, voluntariou-se para a Legião Condor, que apoiou os nacionalistas do General Francisco Franco na Guerra Civil Espanhola, e abateu 15 aviões.Na Segunda Guerra Mundial, apesar de perder dois asas na Batalha de França e na Batalha da Grã-Bretanha, abateu 53 aviões inimigos. Contando com 68 vitórias, Mölders e a sua unidade, a Jagdgeschwader 51 (JG 51), foram transferidos para a Frente Oriental em junho de 1941 para o início da Operação Barbarossa. A 22 de Junho de 1941, o primeiro dia do ataque à União Soviética, ele havia acrescentado mais quatro vitórias para o seu registo e, uma semana depois, Mölders superou recorde de Manfred von Richthofen com 80 vitórias. Por volta de julho, já havia alcançado uma centena.Impedido de continuar a pilotar por motivos de segurança e propaganda, aos 28 anos foi promovido a Coronel e nomeado Inspector de Caças. Em novembro de 1941, quando inspeccionava unidades da Luftwaffe estacionadas na Crimeia, foi chamado a Berlim para comparecer ao funeral de Ernst Udet, general e antigo ás da aviação na Primeira Grande Guerra. No voo para Berlim, o Heinkel He 111, no qual viajava como passageiro, deparou-se com uma tempestade com trovoada, durante a qual os motores falharam; ao tentar efectuar uma aterragem de emergência a aeronave caiu em Breslau, tendo Mölders perecido juntamente com outros dois tripulantes.