W początkowych założeniach niemieckiego dowództwa bitwa powietrzna miała stanowić wstęp do operacji „Lew morski”, czyli inwazji na Wyspy Brytyjskie, do czego niezbędne było uzyskanie przewagi w powietrzu i na morzu. Luftwaffe miała 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.
Początkowo ataki niemieckie skupiły się na rejonie kanału La Manche – bombardowano brytyjskie porty, atakowano konwoje morskie i osłaniające je samoloty. Wkrótce jednak ciężar walk przeniósł się nad Wielką Brytanię – niemieckie dywizjony bombowe atakowały lotniska Royal Air Force, a silna ochrona myśliwców wiązała w walkach angielskie siły lotnicze.
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.
Największym problemem Brytyjczyków był brak pilotów. Przemysł zbrojeniowy mógł szybko dostarczyć nowe samoloty, ale strat w ludziach – wyszkolonych i doświadczonych pilotów myśliwskich – nie można było szybko uzupełnić. Dowództwo Royal Air Force zdecydowało więc o włączeniu 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.
W początku września taktyka niemiecka uległa zmianie – o ile do tej pory Luftwaffe atakowała głównie cele militarne i przemysłowe, o tyle teraz głównym celem niemieckiego lotnictwa stały się angielskie miasta. Hitler straciwszy nadzieję na szybkie dokonanie inwazji na Wyspy, próbował wymusić na Wielkiej Brytanii zawarcie pokoju, a co za tym idzie wycofanie się Zjednoczonego Królestwa z wojny. Bombardowania przybrały na sile, 7 września Londyn bombardowało ponad 900 samolotów Luftwaffe, w ciągu pierwszego tygodnia niemieckich ataków zginęło ponad 2000 mieszkańców brytyjskiej stolicy.
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.
Dla widzów na ziemi było to bardzo atrakcyjne widowisko. Wycie silników, grzechot broni maszynowej, rozwinięte grzyby białych spadochronów, palące się samoloty z ogonami czarnego dymu - musiało to bardzo efektownie wyglądać. Nie wiadomo było, kto do kogo strzela, linie pocisków zapalających i świetlnych krzyżowały się jak pajęczyna i trafiało się, że w ferworze walki piloci atakowali swoich kolegów – wspominał Witold Urbanowicz, ówczesny dowódca polskiego Dywizjonu 303.
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.
Potęga przemysłowa Anglii nie została złamana, RAF odzyskał przewagę w powietrzu, a Wielka Brytania nie miała najmniejszego zamiaru wycofywać się z wojny lub choćby podejmować rozmów dyplomatycznych na temat ewentualnego pokoju z Niemcami. Choć Luftwaffe nie zaprzestała bombardowań angielskich miast i zakładów przemysłowych, nie przybierały one już formy tak zorganizowanej i odbywały się zdecydowanie rzadziej.
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.