纳粹德国占领法国后，希特勒制订了针对英国的海狮计划，对英国实施登陆作战，以步兵登陆英国南部，占领伦敦；戈林受命歼灭英国空军。德军最高统帅部把此次行动的最早日期定于1940年8月5日，代号为“鹰袭”。8月6日戈林把进攻日期正式定于8月12日，名为“鹰日”。由于英国南部天气不稳定，德国空军于8月13日发动对英国的空中攻势。
早在1940年5月，英国就预见到德国空军会对英国本土进行大规模轰炸。5月19日英军参谋长联席会议提出在法国退出战争的情况下的防御报告，要求切实加强各项防御，尤其是空中防御。5月27日报告获得战时内阁批准，并开始准备：组建飞机制造部，由比弗布鲁克任部长，飞机产量由每月700架迅速增加到1600架；调整部署防空力量，重点加强伦敦地区的防空；加紧培训空勤、地勤人员，保证每月可以有200名新飞行员补充部队。
英国空军部成立防空指挥部，司令是爱德华·比尔，统一指挥英军战斗机、高射炮、雷达和观通警报部队。战斗机部队计56个中队，战斗机980架，飓风和喷火战斗机688架；高射炮部队计7个师，高射炮4000余门，但大口径高射炮不足2000门。由于大口径高射炮月产量仅40门，英军调整部署，将约700门大口径高射炮配置在飞机制造厂。防空拦阻气球5个大队，这些拦阻气球都系在汽车上，可迅速转移。探照灯2700具。
英国是最早将雷达投入实战的国家，至1940年7月全国共建成雷达站51座，其中东南沿海地区有38座，形成了严密的雷达警戒体系。雷达警戒体系分为两个层次，第一层次是中高空防空雷达系统，能有效发现飞行高度在4500米以下的飞机；第二层次是低空防空雷达系统，能有效发现飞行高度在750米以下的飞机。英军通过雷达可测出敌机来袭的大致方位和时间，指挥己方战机在有利方位和时间迎击。
英军战斗机司令休·道丁组建了由雷达、防空监视哨、指挥部作战室和情报室所构成的空中情报体系，能迅速获知情报，有效指挥作战。道丁始终保留280架飞机的后备力量，不到德军登陆的最后关头绝不动用。
盟军从敦刻尔克撤退后，德国空军把主要军力转移至法国北部。但希特勒未决定入侵英国的空中战役马上开始，只留小部分驻守空军，其余则撤往本土休整。过了近一个月后，随着入侵计划的临近，1940年7月中旬德国空军把撤往国内休整的空军主要兵力迅速调遣至英吉利海峡附近的空军基地，共调集了约2600架飞机，其中约1200架为对英实施空袭的重型轰炸机，其余1000余架为掩护轰炸的战斗机。
德国空军在征服西欧大陆后，把空军分为5个航空队，各自负责5个作战空域。与英国空军的战斗机司令部和轰炸机司令部分治不同，德国空军的每一航空队编制内各有战斗机、俯冲轰炸机、水平轰炸机等不同种类和用途的作战飞机。担任攻击英国本土任务的是第2航空队和第3航空队，并由驻守斯堪的那维亚的第5航空队负责助攻。其中阿尔伯特·凯塞林将军指挥的第2航空队为此役的先锋。
德国Bf-109E战机，满载燃料仅够维持飞行80分钟，到英国本土上空只有20分钟滞留，来回路程各需30分钟，不能很好完成作战和为轰炸机护航的任务。为此，空军司令部计划把Bf-110作为护航轰炸机的指定飞机，并把Bf-109E专门作为与英军战斗机的作战中。
在海峡的另一边，英国空军正在加紧实施本土防御。道丁把旗下的飞机分为4个作战空域，部署4个飞行联队在各自防区内。部署在主要作战地域的第11防区包括伦敦在内的英国东南部地区，是英国战机部队的精锐，指挥官为基斯·帕克空军少将，一战中有击落20架敌机的记录。与德国空军交战时将充分得到第12防区支援。
双方战机对比，英国处于一比三的劣势，而且640架飞机集中在第11和12防区，主要为飓风型，性能更为优秀的喷火型正在加紧生产中。
德国战机数量有明显优势，850架战机盯着海峡对面。英国空军的目标不是战斗机，而是多达1200余架的轰炸机。对道丁来说，虽然数量上的劣势让他伤脑筋，但对英国来说，战争的局势未必呈现出一边倒的架势。因为，他们有自己的秘密武器，这就是投入实战不久的雷达。从30年代始，英国空军着手能够在24小时监控本土空域的计划。英国无线电工程师沃森·瓦特利用无线电波在传播途中遇到金属物体则随即“反弹”的原理，把无线电探测原理变为一门实用技术。从1935年5月始，沿英国漫长的海岸线陆续架起高达70英尺的无线电天线，不分昼夜地对其领空实施“密切关注”。德军绝未想到，这个带有天线的“怪物”竟成为阻碍其征服英国的最大障碍之一。更令德军不曾预料到的是，英国情报部门已经具备截获德国空军无线电密码信件并顺利破解的能力。因此，英国的情报和防御措施弥补了飞机装备上的劣势。
英军战斗机司令部下辖4个飞行联队：布兰德少将指挥第10联队，负责保卫英格兰西部；派克少将指挥第11大队，保卫伦敦在内的英格兰东南部地区；马洛里少将指挥第12大队，保卫从泰晤士河入海口至约克郡的英格兰中部；索尔少将指挥第13大队，保卫苏格兰地区。在这4个联队中，实力最强的是第11和第12联队，尤其是第11大队，拥有270架飓风和喷火战斗机，占英军全部先进飞机的40%。
英军本土防空的特点是：兵力上统一指挥，集中使用，全面防御，突出重点，纵深梯次配置；以战斗机为主，高射炮、拦阻气球和探照灯为辅，配合使用。英军最大的困难是飞行员不足，道丁上将一面开办新的培训学校，加紧培训空勤、地勤人员，一面征召在英国的法国、比利时、捷克和波兰等被占领国的飞行员加入英国空军，还从海军航空兵借调68名飞行员，至1940年8月初，英国空军飞行员数量上升到1434人。
1940年7月，德军开始战前准备，空军从本土向法国、荷兰、比利时等国转场。前线机场的扩建，部队的调动集结，人员物资的补充，都需要时间，但德国空军不愿坐等，自1940年7月10日起，以英国南部港口和英吉利海峡航行的船只为目标发动了攻击。英军在欧洲大陆消耗大，需要休整补充，所以采取避战战略，只以小机群迎战，同时在空战中检验雷达引导截击的战术。从7月10日至8月12日，德军共出动飞机5376架次，投弹1473吨，击沉英军4艘驱逐舰和18艘运输船，德军有186架飞机被击落，135架被击伤。英军损失飞机148架。
8月1日，德军参战主力部队第2、第3航空队根据作战局的意见递交了作战方案，希特勒和总参谋长约德尔联合签发对英实施全面空袭的第17号指令。8月2日，空军司令戈林下达作战指令。德国空军为对英作战而集结的飞机有梅塞施米特-109战斗机933架，110战斗机375架，容克-87俯冲轰炸机346架，容克-88、亨克尔-111和道尼尔-17轰炸机共1015架，计2669架。
8月10日，英国南部天气恶劣，“鹰日”攻击延期。8月11日和8月12日，虽然天气没有多大好转，但德军飞机攻击了英军雷达站，5个遭严重破坏，1个被完全摧毁。由于德军主要轰炸雷达站的天线而不是核心控制室，英军能够迅速修复，德军无线电侦测部门很快发现了雷达信号，认为攻击雷达站毫无作用，因此不久就终止了对雷达站的攻击，铸成大错。
8月13日，德国轰炸机对利物浦发动轰炸，造成大量平民伤亡。英国空军在8月下旬接连轰炸德国首都柏林。德国为对抗英国空军的空袭，于9月初发动对伦敦的空袭，双方原先遵守不攻击对方城市的默契自此打破。
“鹰日”攻击在8月13日开始，德军主要目的是消灭英国空军主力，由于德军飞机航程有限，攻击主要集中在南部，企图尽可能在南部战斗中消耗英军力量，为以后攻击中部创造条件。德军除以战斗机掩护轰炸机突击英军机场外，还以战斗机组成游猎群，专门寻找英军战斗机空战。8月13日，由于天气不理想，德军部分战斗机没有按计划起飞，开局显得有些混乱。全天德军投入1485架次，白天突击英国南部7个机场，晚间则攻击英军飞机制造厂，英军出动了727架次迎战。在波特兰和南安普敦的空战尤为激烈，德军有47架飞机被击落，80余架被击伤，英军仅损失12架飓风和1架喷火，机场未遭受大的破坏。
8月14日，德军进行了小编队零星袭击。8月15日，戈林召集各航空队司令开会时，天气突然转晴，留守空军指挥部的第2航空队参谋长保罗戴希曼上校下令出击，谁能想到，这天竟然成为不列颠战役中德军出击规模最大的一天！
第2、第3航空队几乎倾巢而出，第5航空队也派出飞机参战，从南北两个方向同时展开攻击。北面的第5航空队以为英军在东北地区防御比较空虚，加上受航程限制，只派出了34架梅塞施米特-110战斗机掩护63架亨克尔-111和50架容克-88，遭到英军第13大队7个中队共计84架战机迎头痛击。梅塞施米特-110战斗机既笨重，数量又少，在英机打击下损失惨重，有7架梅塞施米特-110、16架亨克尔-111和6架容克-88被击落，战损率超过20%。从此第5航空队再未参加不列颠之战。
在英格兰南部，德军投入975架战斗机和622架轰炸机，发动4个波次空袭，猛烈轰炸了英军5个机场和4个飞机制造厂。英军先后投入22个战斗机中队，全力抗击。战斗持续到天黑，全天德军出动约2000架次，被击落75架，英军出动974架次，损失34架，还有21架轰炸机在地面被击毁。这一天是不列颠之战开始以来最激烈的一天，被称为“黑色星期四”。
8月18日，德军发动强劲攻势，被击落71架，英军损失27架。8月19日，戈林决定集中全力攻击英国空军主力第11大队的基地，并停止出动在战斗中损失惨重的容克-87俯冲轰炸机。
8月19日至23日，空战暂停数日。在这一阶段，德军付出被击落367架的巨大代价，英军12个机场和7个飞机制造厂遭到不同程度破坏，6个雷达站一度失去作用，1个指挥中心被炸，1座弹药库和10座储油库被毁，损失183架。
从8月24日至9月6日，德军对英军第11大队的主要基地和英格兰南部的飞机制造厂进行大规模空袭，在这两周时间里，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，达到日均1600架次。轰炸一个波次接着一个波次，英军飞行员有时一天出动几次，非常疲惫。空战开始以来，英军有103名飞行员阵亡，128名重伤，伤亡总数占全部飞行员的1/4。英国空军出现人员紧缺困境，有经验的飞行骨干大量伤亡，年仅20岁左右的飞行员就已经算是老手了。在严峻的局面下，道丁依旧没有动用保留在北部纵深地区的280架飞机的后备力量，他的这种战略受到了前线艰苦奋战将士的谴责和后方待命将士的抱怨。
8月24日至9月6日两周中，英军有295架飞机被击落，171架被重创，而同一时间里英国生产出的新飞机加上修复的飞机总数只有269架。严重的是，英国南部的5个主要机场都遭到严重破坏；而且德军全力攻击英国空军的重要指挥中心，在南部地区和伦敦附近的7个指挥中心有6个被摧毁。英国空军的指挥和通信系统已经到了崩溃的边缘。
德军发挥了数量上的优势，在两周内，德军损失214架战斗机和138架轰炸机，但仍有足够力量继续发动攻势。就在英军即将陷入崩溃边缘时，德军却突然改变了战术，不再攻击英军的机场和指挥中心，转而对伦敦实施大规模空袭。这是因为8月24日12架迷航的德军轰炸机飞临伦敦，在市中心投下炸弹。次日，丘吉尔首相指示英国空军出动轰炸机空袭柏林，8月28日夜和31日夜英军又两次空袭柏林，希特勒被激怒了，叫嚣要彻底毁灭伦敦。9月3日，戈林决定从9月7日起将攻击重点转向伦敦。9月6日晚，德军出动68架轰炸机首次有计划地轰炸伦敦。9月7日，德军开始对伦敦实施大规模空袭。黄昏时分，戈林和凯塞林站在加莱海岸的山上，目视着第2航空队625架轰炸机和648架战斗机飞越海峡，飞向伦敦。德机向伦敦投下了300吨炸弹和燃烧弹。入夜后，又有250架德机来袭，伦敦没有夜航战斗机，夜间防空只能依靠高射炮和探照灯，空袭从晚8时持续到清晨。伦敦有1300多处起火，很多街区成为火海，英国国王居住的白金汉宫也遭到轰炸。在当晚的空袭中，伦敦市民死300余人，伤1500余人。戈林兴高采烈地告诉妻子：“伦敦烧起来了！”
9月7日至14日，德军对伦敦实施昼夜大规模空袭，使英国空军得到喘息之机，迅速恢复了战斗力。9月15日，英国空军先后出动了19个中队300余架战斗机，迎战飞往伦敦的德军200架轰炸机和600架战斗机组成的大机群，激烈的空战持续了一天。全天有56架德机被击落，另有12架在返航和着陆途中伤重坠毁，还有80架飞机是带着满身的弹痕着陆。英军在空战中损失20架飓风和6架喷火。
这一天是不列颠空战的转折点，德国空军终于意识到，并没有掌握英国南部的制空权，并不能够在白天进行为所欲为的空袭，英国空军不但没有被消灭，而且还很强大。丘吉尔首相亲临第11大队的指挥中心督战，他将这天称为世界空战史上前所未有的、最为激烈的一天。战后，英国将1940年9月15日定为不列颠空战日，以纪念这一辉煌胜利。
9月16日和17日，英国空军出动轰炸机对德军集结在沿海的用于登陆的船只和部队进行猛烈攻击，击沉击伤近百艘船只，迫使希特勒于9月18日下令停止在沿海集结船只。
戈林下令从10月1日起，对伦敦的空袭从白天改为夜间。鉴于英军注重攻击轰炸机，忽视战斗机，白天由梅塞施米特-109加挂炸弹偷袭。开始果然奏效，加挂炸弹的梅塞施米特-109顺利到达目标上空，轰炸连连得手。英军吸取教训，对德军任何飞机都进行拦截。由于梅塞施米特-109加挂炸弹后非常笨重，不堪一击，损失极大，德军只好终止这一战术。
10月，德军继续空袭伦敦，企图以巨大的物质损失和死亡来迫使英国屈服。面对猛烈的空袭，伦敦市民依旧照常工作、生活和娱乐。有位裁缝在店门上贴着“营业照常”的纸条，当他的小店被炸毁后，他在废墟上挂出了“营业更加照常”的告示。
10月12日，希特勒放弃了在英国登陆的计划，因为德军统帅部已决定在1941年的夏季入侵苏联。德国企图通过对伦敦的恐怖空袭来迫使英国屈服的计划被彻底挫败。德军继续对伦敦并扩大到考文垂、伯明翰、利物浦、南安普敦等工业城市实施夜间空袭，目的是削弱英国的军事工业，并制造进攻英国的假象，以掩护为进攻苏联而进行的准备。
11月14日夜间，德军空袭英国航空工业基地考文垂。英军通过破译德军最高机密的埃尼格玛密码机，事先已经掌握了德军的空袭计划。英国战时内阁决定一切照常，既不增加考文垂的防空力量，也不提前发出警报疏散平民。当晚德军出动449架亨克尔-111轰炸机，并使用代号为“X-蜡膏”的无线电导航技术，轰炸非常准确，有394吨爆破弹和56吨燃烧弹落在考文垂市中心，还投下了127枚延时炸弹，以破坏英国人的救援行动。考文垂有50000多幢建筑被炸毁，死554人，重伤864人，12家生产飞机零部件的工厂遭到严重破坏，致使英国飞机减产20%，考文垂市区的水、电供应中断35天才恢复，损失相当惨重。
英军起飞了120架次夜航战斗机拦截，高射炮部队发射12000余发炮弹，却只击落击伤德机各1架。从单纯军事角度而言，此次空袭非常成功，具备了战略轰炸的典型特点，被军事家誉为战略轰炸的雏形。英军发现德军使用无线电导航技术以提高夜间轰炸精度后，迅速采取针对性措施，建立了一批专用电台。采用电子对抗措施，对德军的无线电导航信号有意进行错误转发或强力干扰，使德军无线电导航的精度下降了80%，诱使德军将大量炸弹投到了无人地带。
1940年底，在英军战斗机、高射炮等的抗击下，德军损失越来越大，空袭逐渐由白昼转为夜间，而且规模和强度逐渐减小。入冬以后英伦三岛的恶劣气候也使德军空袭的规模日益下降。
1941年3月起，德军发动空中攻势目的只是制造进攻英国的假象，掩盖即将开始的对苏联作战。5月10日晚，德国空军主力撤往苏联战场之前，对伦敦实施了最后一次大规模空袭。德军发动此次空袭，无非是对英国发泄怨气。当晚德军出动500余架次，飞行员都得到指示，可以将炸弹仍在任何地方。700吨爆破弹和燃烧弹落在伦敦市区，燃起的大火照亮了半个夜空，伦敦平民有1436人被炸死，1800余人重伤。随着1941年6月22日德军进攻苏联的开始，德国空军主力转往苏联战场，对英国的空袭终于停止。不列颠之战终告结束。
