不列颠空战爆发于190年8月13日，英国为抵御德国空军的入侵，双方在英国上空上演了历史上最大规模的空中交战。至191年1月，希特勒命令终止海狮计划，大规模的空战结束。191年5月16日，随着德军最后一次空袭英国城市伯明翰，历时9个月的空战结束。双方总计投入近9000架飞机，德国空军以损失1900多架飞机代价，仍没能实现控制英国本土制空权的目的。191年6月，德国入侵苏联，英国本土危机解除。
敦刻尔克撤退结束后，英国本土的兵力极为空虚，陆军的25个师大多刚从法国溃败回本土，而且他们丢掉了几乎所有的重装备。空军能够作战的飞机有909架，其中战斗机的数量有600多架。只有海军的实力对德国仍有优势。
190年月，英国没有像希特勒预期的那样选择与德国媾和。
早在5月15日，在丘吉尔就任英国首相的第三天，就致电美国总统罗斯福，要求借用0～50艘旧的驱逐舰和数百架最新式的作战飞机。5月1日，他到访巴黎，此时法国统帅部已经乱作一团，充满着战败的气氛。5月18日，丘吉尔再次致电美国总统罗斯福：“英国不久就要遭到荷兰所遭到的那种攻击……如果美国的援助要发挥作用的话，就必须从速发送。”
6月，美国提供给英国50万支步枪、5.5万支冲锋枪、2.2万挺机枪和895门火炮。至于丘吉尔要求的驱逐舰和作战飞机，罗斯福并没有马上答应，直到9月3日，英国与美国才达成协议，英国将纽芬兰、百慕大、巴哈马群岛、牙买加、安提瓜、圣卢西亚、特立尼达和圭亚那等8个空军基地租借给美国99年，换取美国50艘旧的驱逐舰。
为抵御德国的入侵，英国皇家空军司令道丁上将决定将本土划分为四个作战区域，并组建个航空队。布兰德少将指挥的第10航空队位于英国西南部，拥有8架战斗机；帕克少将指挥的第11航空队位于英国东南部，有战斗机228架；马洛里少将指挥的第12航空队，位于英国中部，有战斗机168架；索尔少将指挥的第13航空队，位于英国北部，有168架战斗机，个航空队总计有5个飞行中队，68架战斗机。
在二战爆发前，英国本土就已经修建了从苏格兰东北部阿伯丁至普利茅斯的51座雷达站，形成了严密的雷达警戒体系，德军靠近英国海岸300公里时，英国就能测算出德军的大致方位和到达时间，并安排己方战斗机在有利的方向和时间升空，从而极大地减少了飞机、油料、人员的消耗，弥补了英国空军飞机不足的缺陷，这些雷达站在不列颠空战中发挥了巨大的作用。
英国的机载无线电设备也优于德军，德军飞机在升空后就不能与地面联系，而英国空军指挥部可以通过无线电实时地向空中作战飞机发出指令，再加上预警和情报信息优势，能够有效地在空中集中局部优势打击德军。不仅如此，英国此时已经可以破译德军的“恩尼格码”密码机的内容，德军的很多指令事先就已被英军掌握。
190年月16日，希特勒正式下达《关于对英国实施登陆作战的准备》，即“海狮计划”。在这项作战方案中，德军计划于先期对英国海军、港口、机场、雷达站、军工工业实施空袭，并最终夺得英国本土的制空权。随后，德国A集团军群开始登陆不列颠岛，占领英国。
为了对英国发动空袭，德国空军调集3个航空队参与海狮计划。凯塞林元帅指挥第2航空队，主要以比利时境内机场为基地，负责对英国东南部包括伦敦的地区实施轰炸。施佩勒元帅指挥的第3航空队，主要以法国境内机场为基地，对英国西南部地区实施空袭；由施通普夫大将指挥的第5航空队，以挪威境内机场为基地，对英国东北部实施空袭。3个航空队共计3021架飞机，其中轰炸机16架（包含06架俯冲轰炸机）、侦察机113架、战斗机1132架。
月中旬，德国空军开始对英吉利海峡的英国护航舰队以及南部港口发动试探性空袭，以达到侦察英国空军部署情况的目的。至8月12日，英国舰船和港口损失严重，英国空军在此期间只以小规模应战，德军的目的没有实现。
8月1日，希特勒发布“第1号指令”，要求：“德国航空兵部队应以其所有力量尽快打垮英国空军，攻击的目标首先是敌航空兵部队、地面设施和后勤设施；其次是敌航空军备工业，包括生产高射兵器的工业，在夺取局部优势后，继续对敌之港口、特别是生产资料储备实施空中战争。”
8月2日，德国空军司令戈林发布作战令，决定8月8日发起代号“鹰日”作战，后因天气原因推迟至8月13日。
8月13日，法国北部和英国上空的天气仍不利于飞行，可行动无法再推迟。下午点，德国空军同时向英国南部个机场发动空袭，夜间又向英国飞机制造厂发动空袭，这一天德军共出动186架次飞机，英国空军出动2架次飞机应战。在波特兰和南安普敦的空战尤为激烈，德军有架飞机被击落，80余架被击伤，英军仅损失13架，南部的安多弗机场和德特灵机场损失严重。
8月15日，天气晴朗，德军第2、第3、第5航空队同时派出飞机，从南北两个方向展开攻击。
在英格兰南部，德军第2、第3航空队投入了95架战斗机和622架轰炸机，发动了四个波次的空袭，猛烈轰炸了英军5个机场和个飞机制造厂，英军先后投入22个战斗机中队升空迎敌。
北面的第5航空队因受航程限制，只派出了3架战斗机掩护113架轰炸机。12时30分，英军第2、战斗机中队在距离海岸线8公里处向德军飞机发起进攻，英军架战斗机缠住前面的德国“梅”式战斗机，其余则攻击后面的轰炸机。德军轰炸机匆忙丢下炸弹，向云层逃去。第5航空队另一支编队于13时15分到达弗兰伯勒角，将达迪菲尔德机场上的10多架英国轰炸机炸毁。这一天，第5航空队被击落架战斗机、22架轰炸机，战损率超过20%，从此第5航空队退出了不列颠之战。
8月15日全天，德军共出动飞机2119架次，被击落5架；英军出动9架次，空战中损失3架，还有21架轰炸机在地面被击毁，马特尔夏姆和林尼机场遭到较大破坏。这天是不列颠之战开始以来最激烈的一天，被称为“黑色的星期四”。
当天，戈林召开作战总结会议，提出：“鉴于敌人正集中他们的战斗机对付我们的俯冲轰炸机，在下一步的作战中，每架轰炸机应有不少于3架战斗机掩护。”然而，戈林没有认识到雷达站的重要性，反对部下提出的“加大对雷达站攻击”的建议，使英军的防空作战始终保持的高效。
从8月2日至9月6日，德军对英军第11航空队的主要基地和英格兰南部的飞机制造厂进行了大规模空袭，在两周时间里，德军每天出动飞机都在1000架次以上，8月30日和8月31日两天，日均出动飞机1600架次。在这个阶段，英军飞行员由于一个多月以来一直处于高度紧张状态，有时一天就要出动几次，已经非常疲惫，四分之一飞行员伤亡，尤其是富有经验的飞行骨干大量伤亡。
不仅如此，这段时间英国飞机损失数量已经超过飞机的制造数量，南部多个机场和雷达站遭到破坏，局势对英国越来越不利。即便如此，道丁将军没有将北部的280架后备力量投入战场。
8月2日夜，德军一支轰炸机编队准备对泰晤士河边的金斯顿飞机制造厂实施轰炸，12架迷航的德军将炸弹扔到了伦敦市区，并炸毁古老的圣贾尔斯教堂。这一偶然事件改变了不列颠空战的进程。8月25日丘吉尔命令英国空军出动81架轰炸机夜袭柏林，8月28日夜和8月31日夜英军又两次空袭柏林。9月3日，戈林召开会议，决定从9月日起按照希特勒指令，开始将攻击重点改为英国首都伦敦。至此，不列颠空战进入第二阶段。
9月日黄昏，德军出动123架飞机轰炸伦敦，空袭从晚上8点持续到次日清晨，市区一片火海，白金汉宫也在这一天遭到了轰炸。此后连续天，伦敦都遭到了空袭，英国空军这段时间并没有大规模升空应敌，伦敦的主要防空只能依靠地面的高射炮兵部队。9月15日，战力有所恢复的英国空军出动1个飞行中队300多架战斗机，拦截前往伦敦的200架轰炸机和600架战斗机，这一天，56架德国飞机被击落，另有12架在返航或着陆时坠毁，后来英国将9月15日定为“不列颠空战日”。
11月初，德军又一次调整空袭目标，开始轰炸英国主要工业城市，并只允许德军于夜间空袭。11月1日，考垂遭到轰炸，随后南安普顿、伯明翰、布里斯托尔、普利茅斯、利物浦等城市先后受到袭击。
191年1月，希特勒为了全力准备对苏联的进攻，他下令：“除少数长期措施外，所有入侵英国本土的准备工作全部停止。”此项命令的发布，从事实上放弃了从海上进攻英国的海狮计划。
为了掩盖进攻苏联的企图，德国对英国的轰炸并没有停止，191年5月16日夜，德军象征性地对英国伯明翰发动空袭，不列颠空战至此结束。
在这场长达9个多月的战略轰炸中，英国遭受了严重损失。其中，损失最严重的是航空工业中心考垂，11家飞机零部件生产企业遭到破坏，致使英国的飞机产量下降了20%。在这场空中对决期间，英国军民共有1.万人伤亡，占二战期间英国伤亡总数的20%。尽管如此，英国顶住了德军的空中进攻，取得了二战爆发以来，欧洲战场上盟军第一次胜利。
在这场战役中，丘吉尔给予英国飞行员极高的评价：“在战争史上，从不曾有如此少的人对如此多的人做出如此大的贡献。”