Początkowe założenia Niemców były takie, że Luftwaffe ma wspomóc wojska lądowe przy operacji „Lew morski”, czyli inwazji na Wyspy Brytyjskie, do czego niezbędne było uzyskanie przewagi w powietrzu i na morzu. Lotnicy mieli rozbić brytyjskie siły lotnicze oraz zniszczyć ich naziemną infrastrukturę, a także uniemożliwić brytyjskiej marynarce wojennej operowanie na kanale La Manche. Osiągnięcie sukcesu pozwoliłoby na wprowadzenie do boju niemieckich jednostek spadochronowych i równoczesne dokonanie desantu drogą morską.
Rozpoczęto bombardowanie brytyjskich portów, atakowano konwoje morskie i osłaniające je samoloty. Wkrótce jednak ciężar walk przeniósł się nad Wielką Brytanię. Ciężkie naloty coraz częściej spotykały także miasta, w których położone były strategiczne zakłady przemysłowe (Norwich, Liverpool, Birmingham, Rochester). Luftwaffe atakowała w dzień i w nocy, a liczba lotów bojowych pilotów RAF rosła od 400 na dobę do 700, a w niektórych dniach sięgała nawet tysiąca.
Dowództwo Royal Air Force włączyło do walki pilotów wojsk sojuszniczych – utworzono nowe dywizjony myśliwskie: polskie (302, 303), czeski (310) i kanadyjski oraz dywizjony bombowe (w bitwie o Anglię walczyły dwa polskie dywizjony bombowe: 300 i 301). Jednostki te weszły do walki w najcięższym jej okresie – w drugiej połowie sierpnia, gdy przewaga Luftwaffe była największa – i poważnie odciążyły lotnictwo brytyjskie.
Tymczasem Niemcy rozpoczęli ataki na miasta, w których nie było żadnych celów militarnych. Hitler chciał w ten sposób doprowadzić do szybszego pokonania brytyjczyków.
Za przełomowy moment lotniczej bitwy o Anglię uważa się 15 września 1940 r. – od godzin porannych na Anglię sunęły niemieckie naloty, samoloty RAF przerywały walkę tylko na czas tankowania paliwa, w boju brały udział wszystkie dywizjony RAF, w tym dywizjony polskie. Straty niemieckie były poważne – stracili ponad 60 maszyn, zginęło ponad 80 lotników, wielu zostało rannych lub dostało się do niewoli.
Od tego momentu aktywność Luftwaffe zaczęła stopniowo maleć: bombardowań dokonywano głównie w nocy, zaprzestano ataków z użyciem wielkich formacji, coraz częściej zdarzały się dni, w których żaden niemiecki samolot nie pojawiał się nad Londynem. Ostatnim akordem bitwy o Anglię były dwa naloty na Londyn: 6 i 8 października, ale poza zniszczeniami materialnymi w stolicy także one nie przyniosły żadnych efektów politycznych ani militarnych.
W ciągu trzech miesięcy najostrzejszych walk lotniczych nad Wielką Brytanią i kanałem La Manche lotnictwo niemieckie straciło 1733 samoloty i ponad 2500 lotników (poległych i wziętych do niewoli). Ponad 650 maszyn uległo poważnym uszkodzeniom, a niemal 1000 pilotów odniosło rany. Straty wynosiły ponad połowę stanu maszyn niemieckiego lotnictwa wojskowego sprzed rozpoczęcia kampanii.
RAF stracił 1087 samolotów (450 zostało poważnie uszkodzonych) oraz 544 pilotów.
W lotniczej bitwie o Anglię wzięło udział 144 polskich pilotów, walczących zarówno w polskich dywizjonach myśliwskich i bombowych, jak i w jednostkach brytyjskich – 29 z nich poległo w czasie walk. Między lipcem a październikiem 1940 r. polscy lotnicy zestrzelili 170 samolotów przeciwnika, a 36 poważnie uszkodzili.
