调整策略，空袭英国
希特勒非常了解英国的海军力量，德军与英国海军较量没有胜利的把握，因此他决定加强对英国本土的陆袭来取得制控权。
在决战的另一方，希特勒最初对于如何跨海攻打英国疑虑重重。在对法战争中，德国空军的使用已经到了极限，而且和德国海军在挪威战役以后一样，需要几个星期或几个月的休整。这段间歇对英国也是有利的。因为绝大部分英国战斗机中队，也都先后参加了欧洲大陆的战斗。希特勒没有想到，在法国崩溃以后，不列颠还是不接受和平建议。像贝当、魏刚以及法国的其他许多将军和政治家一样，不理解一个岛国单独具有的、不依靠外援的智慧和能力；而且同这些法国人一样，希特勒错误地判断了英国人的意志力。丘吉尔说：“我们已经走过了一段漫长的道路，而且从慕尼黑以后学到了不少东西。”6月间，希特勒在逐渐看清了新的形势后，便决心实施这场征服英国的“海狮”计划，否则他就要面临一场旷日持久的战争，以及由此产生的一切难以预测的危险与困难。
在整个7月里，德国空军对海峡里的英国舰只和英国南部的港口进行的攻击日益频繁，这是一种试探性的行动。尽管在入侵开始以前肃清狭隘海峡里的英国舰只是必要的，但是这些初步空中袭击的目的，在于引诱英国战斗机出来作战。这个目的没有达到。英国皇家空军司令部机智地只出动了很小一部分战斗机来应战，结果舰只和一些港口遭到了很大的损失。4艘驱逐舰和18艘商船被击沉，但是这个初步交锋使德国空军付出的代价是296架飞机被击毁、135架被击伤。而英国皇家空军丧失了148架战斗机。
在8月间，德国空军已经集结了2 669架作战用的飞机，其中有1 015架轰炸机、346架俯冲轰炸机、933架战斗机和375架重型战斗机。8月5日，纳粹元首的第16号指令批准对英国加紧进行空战。戈林从来没有把“海狮”作战计划放在眼里，他的心思全部用在“绝对的”空中战争。他后来对各项布置的胡乱更动，使德国海军参谋部感到困惑。德国海军参谋部认为，摧毁英国皇家空军及其飞机工业，只不过是达到一个目的一种手段；完成这一任务后，空战便应该转向攻击敌人的军舰和船舶。他们对戈林把海军的目标排在次要地位感到遗憾，而且因为一再拖延而感到苦恼。8月6日，他们向最高统帅部报告说，由于英国空军的不断威胁，德国在海峡伏设水雷的准备工作已无法进行。8月10日，海军参谋部的作战日记写道：“‘海狮’作战计划的准备工作尤其是扫雷工作，由于空军停止活动而受影响，空军目前因为天气恶劣不能出动，而且由于海军参谋部所不知道的原因，空军曾经失去了最近极为有利的天气所提供的机会。”
在希特勒的督导下，戈林于8月13日下令实施“鹰计划”。作为战斗的序幕，12日对英国的雷达站进行了猛烈的袭击，5个雷达站被击中并受到损坏，1个雷达站被炸毁。但是，德国人这时还不了解雷达对英国的防御的重要性，因此没有继续袭击这些雷达站。在13日和14日两天，德国大约出动了1 500架飞机，主要是袭击英国空军的战斗机机场。虽然德国人说已经“完全摧毁了”其中的5个，但是它们所受的损失实际上是微不足道的，德国空军损失了47架飞机，英国空军损失了13架。
德英双方于8月15日展开了第一次大规模空战。德方把他们所有3个航空队中的大部分飞机都投了进去，出动了轰炸机801架次、战斗机1 149架次。从斯堪的纳维亚出动的第5航空队遇到了灾难。德国人满以为东北沿海是无防御的，因此派出约800架飞机对英国南部海岸进行大规模空袭，而只派100架轰炸机在34架双引擎ME—110型战斗机掩护下去袭击东北沿海，但是这支队伍在飞近****河畔时，意外地碰上了英国7个中队的飓风式和喷火式机群，因此受到了严重打击。30架德国重型轰炸机（“亨克尔Ⅲ”式，每架飞机有4名训练有素的飞行员）被击落，而英方则只有2名飞行员受伤。这是戈林第5航空队在不列颠战役中的末日。它从此一蹶不振，没有重新参加这场战役。而且从那以后，没有优秀的战斗机护航，德国再也不敢进行白天轰炸了。那天，德国人在英国南部比较成功。他们发动了4次大规模的袭击，有1次几乎飞到伦敦。他们击中了克劳伊登的4个飞机工厂，并且炸坏了英国空军5个战斗机机场，使英方蒙受了一定的损失。
8月15日的空战，是“海狮”战役以来最大的1次空战，在长达500英里的战线上进行了5次大的战斗。这的确是一个具有决定意义的日子。在南方，英国所有的22个战斗机中队全都投入了战斗，许多中队一天出动2次，有的还出动3次，甚至4次，德国损失了76架轰炸机，英方损失飞机34架。这对德国空军来说是明显的惨败。但希特勒并没有因此放弃制控权的争夺，第二阶段空战随后开始了。
面对空袭，顽强抵抗
英勇的英国空军，成功地保卫了南部上空的第二个关键扇形站。这是地下神经中心，这个中心根据雷达、地面观察站和空中驾驶员获得的最新情报，用无线电话指导飓风式和喷火式飞机作战。正如加兰指出的那样，德国人能够听到扇形站和空中驾驶员之间经常进行的无线电通话，并且终于开始认识到这些地面控制中心的重要性。8月24日，德国人便改变战术，去摧毁这种扇形站。其中6个扇形站设在伦敦四周各机场，它们对于保护英国南部和首都是十分重要的。这一战术改变，对英国空中防御的关键是一个打击。
直到那天为止，战斗看来对德国空军不利。8月17日，德国空军损失了71架飞机，英国空军则损失了27架。曾在波兰和西线为陆军的胜利铺平道路的缓慢的施图卡式俯冲轰炸机，受到英国战斗机的打击时毫无招架之功。8月17日，戈林把它们撤出了战斗，这样便使德国轰炸机的力量削减了1/3。
由于天气情况不太好，空战在8月19~23日停止了5天。8月24日开始的第二阶段中，德国空军首先打算摧毁英国空军的地面通讯指挥中心扇形站。从8月24日到9月6日期间，德国空军平均每天出动1 000多架飞机，使英国南部的5个前沿机场遭到严重破坏，7个扇形站中的6个濒临被摧毁的边沿；446架飞机被击落或受伤；103名飞行员遇难，128名飞行员受重伤，占当时全部飞行员的1/4。丘吉尔为此“感到十分焦虑”。就在英国空军遭受严重损失难以支撑局面的关键时刻，戈林犯了第二个也是更严重的战术错误，9月7日，德国空军转而大规模夜袭伦敦。这是世界历史上第一次大空战的一个重大转折点。英国空军得以缓过气来，这将给希特勒和戈林带来严重的后果。
戈林对作战计划的胡乱更动，使为“海狮”计划做准备的德国海军参谋部大惑不解。他们在9月12日的“战斗日志”中写道：“这次空战是作为一种‘绝对空战’进行的，没有考虑到当前海上作战的需要，并且超出了‘海狮’作战计划的范围。就目前进行的空战的方式来看，它无助于主要由海军掌握的‘海狮’作战计划的准备工作。”但是由于希特勒听信了戈林的话，认为对伦敦的大规模袭击具有决定性意义，所以海军参谋部不敢向德国最高统帅部申述意见。
9月7日傍晚，在希特勒的指令下，德国空军开始了对伦敦的大规模轮番轰炸，这一天，德国人投入了625架轰炸机和648架战斗机。下午17时左右，第一批320架轰炸机在德国所有战斗机的掩护下，飞到泰晤士河上空，开始向瓦尔维治兵工厂、煤气厂、发电厂、仓库以及几英里的码头扔下了炸弹。这一大片地区立即成为火海。锡佛尔镇的居民被火包围了，不得不从水路把他们撤出来。天黑以后，在20时10分，第二批250架轰炸机再次进行袭击，接着一批又一批的飞机不断前来轰炸，一直进行到星期天早晨4时30分。第二天晚上19时30分，又来了200架轰炸机，继续炸了一整夜。据英国官方的历史学家说，在最初的两天夜里，约有842人死亡和2 347人受伤，这个大城市遭到了巨大的破坏。但德军也损失了不少飞机。
9月11日，丘吉尔向全国军民发表了广播讲话，他指出：“无法怀疑的是，希特勒先生正在很快地消耗他的战斗机队，如果他再这样继续几个星期，就会把他这部分重要的空军力量消耗殆尽，完全毁灭。这对我们就大为有利了。”丘吉尔还提醒道：“德国人正以他们一贯具有的周密性和条理性进行准备，要向我们这个岛屿发动大规模入侵……如果真的入侵的话，看来不会拖延很久……因此，我们必须把下星期或下星期前后看做我国历史上的一个非常重要的时期。它可以和当年西班牙无敌舰队逼近英吉利海峡、德雷克快要打完一场木球的时候相比，也和纳尔逊在布洛涅为我们抵挡拿破伦大军的时候不相上下。所有这些，我们在历史上是读过了；但是，当前正在发生的事情，就它规模和对全人类的生活和未来以及对世界文明的影响来说，都远远不是过去那些勇敢的日子所能比拟的。”
在整个一星期中，伦敦天天晚上都遭到空袭。戈林元帅在“胜利”的鼓舞下，不满足于晚上轰炸，决定在白天接着轰炸，决心把这个城市夷平。这便导致了9月15日的这次战争中的一场决定性的战斗。
9月15日，德国空军集中了最大力量对伦敦进行空袭。200多架轰炸机和3倍于此的战斗机群飞向伦敦。英国战斗机司令部在雷达荧光屏上注视着进攻者的聚集，并且做好了准备。英国空军也全力以赴地迎击，双方展开了激烈交锋。德机在逼近英国首都时就遭到拦截，虽然有几架飞机穿过去了，但是很多飞机被驱散了，另外一些还没有把炸弹扔下就被击落。两小时后，一支更为强大的德国机队来了，也被打得落花流水。丘吉尔当天在设在阿克斯布里奇的皇家空军第11战斗机司令部里，亲眼目睹了空战情况，英国飞行员的英勇顽强给他留下了难以磨灭的印象。当晚他的私人秘书约翰·马丁报告说，这天“一共击落了183架敌机，而损失还不到40架”。后来丘吉尔曾写道：“最突出的是，我们的战斗机飞行员们始终保持着不屈不挠的最大的毅力和勇气。不列颠得救了。所以我在下院这样说：‘在人类战争的领域里，从来没有过这么少的人对这么多的人作过这么大的贡献。’”丘吉尔的这句话后来曾反复播出，广为流传。
从8月24日起，伦敦在连续85个夜晚中有82个夜晚遭到空袭。戈林相信，高烈度的轰炸会使英国人民士气涣散、丧失斗志。但实际上这是德国的一个战略性错误，因为德国忽视了英国皇家空军基地和雷达设备，这使得德国本来具有优势的“闪电战”变成了旷日持久的相持战。从9月7日至11月3日，平均每天晚上有200架德国飞机轰炸伦敦，对伦敦的轰炸不间断地持续了57天。这个世界上最大的城市也经受住了最严峻的考验。作为报复，英国空军也轰炸了柏林。由于距离较远，轰炸柏林的规模较小，德国人的伤亡和损失都不算重，但对德军士气和老百姓心理的影响则是至为巨大的。