“海狮”计划失败后，希特勒并没有打消吞并英国的野心。相反，他希望“德国空军对英国的伟大空战”立刻开始实施。
8月2日，德国空军总司令部发布了发动“不列颠战役”的命令。戈林夸下海口：英国南部的空中防御将在4天内土崩瓦解，而英国空军则将在4周之内被逐出英国上空。
8月6日，戈林命令下级指挥官在10日开始全面出击。这次进攻计划被称为“鹰日”计划。
由于天气原因，计划被迫推迟。8月12日，戈林下令于次日实施“鹰日”计划。作为大空袭的前奏，德国空军12日对英军的沿岸雷达站进行了猛烈的突袭。英国有6个雷达站被击中并遭严重破坏，1个雷达站被完全摧毁。但德国人此时还不了解雷达对英国防空的重要性，他们在发展和运用这种电子装置方面远远落在英国人后面。
从8月13日至8月23日，“不列颠战役”进入第一阶段，在历时10天的战斗中，德国对英国进行了5次大规模轰炸，企图摧毁英国空军。德国空军采取的战术手段是集中优势兵力，空袭英国的政治、经济中心和空军主力配置地区，采取大机群出航，小编队进入目标分波次连续突击，使英国防空力量不能实施集中抗击。
8月13日，天空阴云密布，能见度极差，特别是在苏塞克斯和肯特上空，密布的浓云常常低至4000英尺，天气比以前更不适合空战。但戈林已经不能再等了，希特勒已急不可耐，甚至有点愤怒了。于是，强大的德国轰炸机队按计划出发了。
8月15日，发生了一次大规模的空战。德国轰炸机出动了520架次，战斗机出动了1270架次；英国空军也投入了创纪录的兵力，出动了22个航空中队，共计算899架次。这场空战的结果是，德军损失了76架飞机，英军损失了34架飞机。
8月19～23日，由于天气变化，英国上空的云层很厚，双方的战斗暂时停止。8月24日，天气转晴，德军再次出动。从这一天开始，直到9月6日，德军每天出动约1000架次飞机，其中轰炸机有400余架次。然而，英国空军并没有被歼灭，而是在继续顽强地抵抗。
于是，为了迫使英国投降，戈林元帅决定，在9月7日实施“恐怖攻势”，把轰炸的重点从空军设施转向英国的大城市。这个决定虽然给了英国空军一个喘息的机会，但英国居民就惨了。
9月7日晚8时到次日清晨7时，德国空军不停地对伦敦进行轰炸，共投下了300吨爆破炸弹和13000颗燃烧弹。
在随后的两个月中，德军继续对伦敦进行恐怖空袭，企图以巨大的物质损失和死亡来迫使英国屈服，但在猛烈空袭下，伦敦市民依然照常工作、生活和娱乐，并保持着英国人的乐观和幽默。有位裁缝轰炸期间在店门上贴着“营业照常”的纸条，而当他的小店被炸毁后，他在废墟上挂出了“营业更加照常”的纸条。
10月12日，希特勒决定将“海狮”计划推迟到1941年春，实际上放弃了在英国登陆的计划。所谓推迟仅仅是掩人耳目的幌子，因为德军统帅部早就决定1941年夏入侵苏联，自然不可能再进攻英国了。
10月25日，意大利空军也派出飞机加入对英国的空袭，但意军飞行员一见到英军凶猛准确的高射炮炮火就吓坏了，扔下炸弹掉头就逃。直到11月10日，英军首次击落了意军飞机，才知道意大利也参加了空战。
在9月7日至10月的第三阶段中，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，德军在此期间损失飞机433架，英军则损失242架。实际上这一阶段的空战已经宣告了德国在此次空中战役的失败。
德军并不甘心这样的失败，仍继续对伦敦并扩大到考文垂、伯明翰、利物浦、南安普敦等城市实施夜间空袭，不列颠战役进入了第四个阶段，在这一阶段中，德军空袭的目的不再是消灭英国空军，而是对英国工业城市进行空袭削弱英国的军事工业，并制造进攻英国的假象，一方面可以牵制英军的大量海陆空军于本土，另一方面还可掩护为进攻苏联而进行的准备。
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