从1940年8月13日至9月6日是不列颠之战艰难的第二阶段。德军集中突击英空军基地和雷达站，寻歼英空军主力。
德国飞机8月24日开始把那些致命的炸弹投向第11大队的7个扇形站。
虽然英国的扇形站没有一个被完全炸毁，但是受到一连串轰炸，遭到严重破坏，特别是位于比金山和肯利的扇形站损失惨重。这些神经中枢的功能开始萎缩。
此后，英国各前线机场也遭到空袭。8月31日，皇家空军的战斗机指挥部遇到了它最糟糕的一天。一批又一批的德国轰炸机呼啸而来，像月球上的环形山，机场的仓库和指挥大楼被夷为平地，输电线路被切断，飞机被炸毁，地面人员丧生。这一天，德国人总共扔下4400吨炸弹。皇家空军共损失了39架飞机和14名飞行员——这是迄今伤亡最多的一天，自不列颠战役打响以来，德国一天之内被摧毁的飞机头一次少于皇家空军损失的飞机。
在随后的几天里，风暴和阴云再也没有光顾过英格兰上空，接连几天阳光灿烂，万里无云。从8月24日到9月6日接连13天，德军几乎每天组织千机大轰炸，即平均每天出动近1000架飞机对英国南部的机场、空军地面部队及航空工业实施攻击。这些攻击及其由此而引起的空战在此间达到了高潮。不列颠战役已经进入了决定性阶段，英国皇家空军驾驶员1个月以来一直处于高度戒备状态之中，每天要出动好几次，他们已经太疲劳了。尽管他们坚持着进行最后艰苦的努力，但德军方面的数量优势开始发挥效力。
随后，为了迷惑英国皇家空军的雷达监测人员，德国人在空中采取了一种新的战术，即德国空军的机队整天在法国沿岸飞上飞下，正好在皇家空军的雷达屏幕所能看到的范围之内。临测人员根本就无法预测究竟哪一队飞机会突然转向北方，掠过英吉利海峡，对英发动真正的进攻。
第11战斗机大队的5个前进机场和6个战区机场都受到了严重的破坏。在肯特海岸上的曼斯顿和利姆2个机场有好几次接连几天不能供战斗机使用。保卫伦敦的主要战斗机基地比金山3天内遭到6次轰炸，基地调度室被摧毁，伤亡7名地面人员，以致有1个星期之久只能供1个战斗机中队使用。皇家空军的战斗机防御力量开始变弱了。在这关键性的两周中，英国被击落重创的战斗机有290架；德国空军损失285架飞机，其中战斗机214架，轰炸机138架。
9月7日下午，戈林亲自指挥空军动用300架轰炸机和600架战斗机，对伦敦进行第一次系统的轰炸。伦敦人民的生命财产受到巨大损失。英国面临着灾难性的危险，整个国家也陷入了一片恐慌之中。丘吉尔首相焦虑地说：“如果敌人再坚持下去，整个战斗机指挥部的全部组织就可能垮台，国家就有沦陷的危险。”
是的，如果德国的这种打击再持续下去，哪怕只是持续1周，英国的天空就再不会出现有组织、成规模的抵御力量，可以肯定地说，“海狮计划”就能获得进展。
8月24日夜里，德国空军2架飞机突然意外地轰炸了英国首都伦敦市区。几枚炸弹落到了伦敦市中心，古老的圣贾尔斯教堂被夷为平地，附近一个广场上的约翰·密尔顿塑像也从底座上被震下来了。一些住房被炸毁，炸死了若干平民。这一误投立即引起了英国的迅速反应。丘吉尔倒情愿认为这是故意的。他认为，最能赢得美国的同情及援助的，莫过于伦敦变成废墟的景象了。
丘吉尔将错就错，下令立即召开参谋部会议研究对策。第二天夜里，一道命令传到了皇家空军轰炸机指挥部：对柏林进行报复性攻击。
8月25日英国皇家空军首次对德国首都空袭。晚上，柏林上空乌云密布。从空中俯瞰地面目标，模模糊糊，若隐若现，大约只有半数的皇家空军轰炸机找到了目标。这次空袭给柏林造成的实际损失很小，但在柏林引起了极大的恐慌。
接着的几日，柏林连遭到数次轰炸。8月28日的夜间轰炸，第一次在德国的首都炸死了德国人。德国官方宣布，炸死了10人，炸伤29人。希特勒大为震怒，当天下午，希特勒从他的临时大本营伯格霍夫飞回柏林。他命令戈林的轰炸机部队做好夜间空袭伦敦的准备，以此作为对丘吉尔“蠢不可及之举”的惩罚。
就这样，希特勒不是出于军事目的，而是出于政治目的，是为了捍卫他个人的地位和尊严，做出了这一极愚蠢的决定。
8月31日，德国空军统帅部决定，9月7日将攻击重点转向伦敦。
从1940年9月7日至10月31日是不列颠之战转折的第三阶段。德国空军改变了攻击目标，全力轰炸伦敦，英空军得以喘息，战局出现转折。
9月7日19时50分，由625架轰炸机、648架战斗机组成的声势浩大的德军机群从不同航向、不同高度越过英吉利海峡直扑伦敦。英国战斗机部队仍然估计德军要再次袭击他们的战斗机前进基地，因此，主动起飞以保卫空军基地，因此让出了飞往伦敦的可能通道。但是，这一回皇家空军上当了，德军已经改变了攻击目标，他们要大规模闪电式空袭伦敦。
第一波次德机对泰晤士港、人口稠密的伦敦东区、伍尔威奇军工厂等目标准确投下了高爆炸弹。英国23个飞行中队全部怒吼着向轰炸机群横冲过来。在广阔的伦敦上空展开了激战。但他们来晚了一步。德国成群结队的黑色轰炸机凶神恶煞似的在伦敦上空嚎叫嘶吼，狂轰滥炸。短短1个小时内，德军就成功地将300多吨高爆炸弹、燃烧弹泻入伦敦。
伦敦顿时成为一片火海。泰晤士河北岸地带被炸成一片长一英里半、宽半英里的燃烧着的废墟，锡尔弗镇完全被烈火所吞没。大大小小的工业设施、交通枢纽、电力网络、平民住宅以及议会大厦相继被毁，爆炸声、坍塌声、呼救声、惨叫声以及警车、消防车的呼啸声伴着黑烟直冲云霄。
城市瞬间化为瓦砾，草木顿时燃成灰烬，整个大地在颤抖。从纯军事角度讲，德国首次大规模空袭伦敦获得成功。
随后数天，德军的轰炸给伦敦带来了空前灾难。德军飞机的轰炸使市区化作一片火海，火光映红了天空，映亮了泰晤士河水……可是没等消防队员们把熊熊的大火全部扑灭，后续的德国轰炸机又在火光指引下，呼啸而来，又投下雨点似的炸弹和燃烧弹。
伦敦市区遭德军轰炸后的惨景9月9日下午5时，德国空军200余架轰炸机在强大护航机群的掩护下，第二次前去轰炸伦敦。不过这一回他们不再那么幸运了。英国空军早就作好了复仇准备，严阵以待敌人的再次入侵。
就在德国机群刚刚飞越英吉利海峡时，英国“喷火”式和“旋风”式飞行中队就立即奉命起飞至伦敦的重要目标上空警戒。当德军第一批几乎被护航战斗机簇拥着的轰炸机编队飞入多佛尔上空时，早在空中待战多时的2个飞行中队迅速猛扑过去，“旋风”式战斗机中队专门袭击敌人轰炸机，“喷火”式战斗机中队则全力拦截敌战斗机。双方飞机在天空中你追我赶，展开了一场殊死搏斗。
蔚蓝的晴空顿时被画上了一道道白色的飞行尾迹，令人眼花缘乱。尽管德军最后还是成功地进行了轰炸，但也给他们提出了有力的警告：再也别想在不受攻击的情况下到达伦敦上空了。
其后几天，德国不惜代价继续闯入伦敦地区上空并给伦敦造成了巨大的破坏，市区有1000多处被炸后发生过火灾，市民死亡近万人，市区105的房屋被炸毁，到处是断墙残壁。人们缺水、缺电、缺煤气、缺食物，甚至缺药。
然而纳粹的残忍并没有而且也不可能泯灭这个民族顽强不屈的灵魂。相反，他们的行为更增添了英国平民对纳粹的仇视和憎恨。
在此命运攸关的时刻，英国战斗机司令部的战术作了重大改变。“喷火式”和“飓风式”战斗机不再以零星分散的中队投入战斗，它们采用能与敌方一争高下的大机群编队形式和德国空军对阵。以“大型飞行联队”作战的日子来到了。几百架“喷火式”和“飓风式”飞机在阳光的照耀下闪着光芒，像一把把利剑横在天空，等待斩下侵略者的一个个魔爪。
9月15日，一个金色的秋日。这一天，德国空军继14日的2次猛烈空袭后，集中最大力量对伦敦再次进行了白天空袭。200多架德国轰炸机在600多架战斗机的层层掩护下，遮天蔽日地向伦敦压来。德国飞行员感到胜利几乎是垂手可得了。
皇家战斗机司令道了上将几乎把所有的部队全都派上了天。第11和第12战斗机大队共有24个中队，近300架飞机，一批一批地腾空。所有这些“喷火式”和“飓风式”战斗机在伦敦以南、以西的空中筑起了一道钢铁防线。
此刻，这些皇家战斗机没等占据有利攻击位置，就迫不及待地在与德机同一高度上，从前方像一把把匕首直插德国轰炸机编队，顿时把德国机群搅成了“一锅粥”。几十架“喷火式”战斗机随即解散队形，各自为战。飞行员猛按射击按钮，枪口狂喷火舌，德国轰炸机顿时阵脚大乱，几分钟内就接二连三地冒着黑呼呼的浓烟坠毁了。今天双方都竭尽全力，展开了大规模的混乱厮杀。
午后刚过2时，当德国飞机像无边无际的潮水似的再次越过海岸时，英国又有2组结队成双的飞行中队和3个半单独行动的中队迅速飞向敌机。德国飞行员碰上了比以前更为众多的“喷火式”和“飓风式”飞机。空战异常激烈，天空布满了横七竖八的道道白烟。
在地面上可以清楚地看到高射炮群向空中敌机发射出愤怒的炮火，听到炮弹在空中的爆炸声。空中还不时传来飞机扫射声，飞机被击中后发生的爆炸声，引擎加速时的尖叫声和飞机急剧俯冲的尖厉声。这是血的拼杀！这是火的较量！德机狼狈逃窜！在这个具有特殊意义的日子之后，德国空军再也不想找机会和英国空军展开大规模的战斗机交锋了。
在这一天，英国皇家空军大获全胜。第二天伦敦报纸大字刊出“全歼德机185架”。人们欢欣鼓舞，奔走相告。整个伦敦家家户户自发地持起了英国的米字旗，庆贺皇家空军的大胜。丘吉尔称这一天是空战史上前所未有的、最大的一次激战日。后来，英国把9月15日定为“大不列颠空战节”，以示庆祝。
事实表明德军将轰炸目标改变到伦敦，是又打错了算盘，德军轰炸重点的转移拯救了濒临绝境的皇家空军，使几乎无力支撑的皇家空军战斗机指挥部得到喘息之机，使满目疮痍的扇形站得以解脱，从而拯救了英国，标志了历史上的第一次大空战出现了转折点，大空战的天平开始朝有利于皇家空军的方向倾斜。德军统帅部深知，不列颠空战开始以来，英国空军并没有被消灭。对伦敦的轰炸不但德国空军损失惨重，而且炸出个英国上下同仇敌忾。戈林终于感到，他的自负以及无能已使他在希特勒面前失宠，其他各军种也对他怨气冲天。戈林已经孤立了，击败英国的责任已完全落在了他一人身上。
为了尽可能减少损失，德军决定从10月1日开始，对伦敦的空袭改在夜间进行。
2日傍晚，由1000多架飞机组成的庞大机群又起飞了，他们要再次把死神带进伦敦。黑沉沉的夜幕成为德军轰炸机大发淫威的帮凶。一到夜晚，大批德国轰炸机成功地飞抵伦敦和英国其他城市上空。德军飞机在夜空中大摇大摆、肆意横行。前面的轰炸机将燃烧弹投向目标区，后面的轰炸机便寻着烈焰投下各种杀伤弹。在伦敦码头上，在拥挤的贫民窟，在首都的食品店，在这个世界上最大的城市之一，到处都是猛烈的炸弹爆炸声。燃烧弹使伦敦大街小巷变成了一片残垣断壁和玻璃碎片比比皆是。德国法西斯不久前在华沙和鹿特丹制造的恐怖，正展现在伦敦百姓的面前。整个伦敦街区看上去正承受一场空前的大劫难。人类正义又一次遭到摧残和蹂躏。
夜间空战给皇家空军带来了种种新的难题。尽管英国空军全力起飞拦截，但初期的效果不甚理想。皇家空军对夜间城市防空还缺乏足够的经验。当时英国皇家空军战斗机部队的24中队中，只有8个战斗机中队可以用于夜间截击。其中2个“挑战者式”中队和6个“布伦海姆式”中队。这2种飞机的性能不佳，在白天对敌空战都不得力，更甭说用于夜战了。而部署在伦敦附近的高射炮和探照灯等防空武器数量严重不足，其中重型高射炮只有92门。当时，整个英军防空部队中，射高为2.5万英尺的重型高射炮兵连只有32个，而射高为6000英尺的轻型高射炮兵连只有22个，探照灯连仅有14个，光柱只能照到1.2万英尺高。这些防空武器的威力有限，远远不能满足偌大个城市要求。
更困难的是，一直在防空作战中发挥重大作用的“千里眼”雷状网，也爱莫能助。因为英国的雷达站主要部署在沿海地区，内陆地区基本没有。敌机在内陆上空的活动情报应该靠遍布各处的对空观察哨提供，可是在夜间，所有对空观察哨只能望着黑洞洞的夜空，无能为力。
防空陷入了很大的被动。夜间轰炸使德军轰炸取得了成功，德军轰炸机损失也明显降低。10月份被击落的仅为325架，远远低于8月份的662架和9月份的582架。
但是，英国皇家空军很快地吸取了教训，并调整了部署，加强了兵力。特别是指挥防空炮队的派尔将军，迅速地把高射炮从各郡的城市抽了出来，伦敦的高射炮数目在2天内增加了1倍多。为了振奋人心，首相丘吉尔还特意命令把几门高射炮配置到市中心的海德公园内。在一些敌机可能入窜的重要地点上空例如泰晤士河口，升起了防空气球……
此后伦敦防空进入了一个崭新的阶段。每当德军飞机入侵，顿时整个城市响彻了刺耳的空袭警报。灯火管制使街区顿时变成一片黑暗，整个城市隐蔽在夜幕里。突然，为地面防空高射炮和战斗机搜寻目标的探照灯光束，像一把把锋利的宝剑向天空射去，在空中扫来扫去。整个天空又变得如同白昼，甚至比白天更为光亮耀眼。德军飞行员根本看不清下面的目标。
伦敦的地下铁路网被用作防空洞当探照灯照亮夜空时，展现在伦敦市民眼前的是另一幅空中搏斗的舞台。数百门高射炮轰隆隆地对空齐射，从四面八方带着火光和怒吼，在天空编织出一张张红光闪烁的罗网。尽管有时高射炮夜间射击效果不很明显，但是那种震耳欲聋的炮声使居民们大为满意。个个无不欢欣鼓舞，感到对德国鬼子还击了。随着炮手们射击技术的熟练和提高，德军入侵飞机被击落飞机的数量大大增加了。
有时高射炮队暂停射击，让皇家空军战斗机冲入夜空截击敌机。只见皇家空军的各种飞机冲入被探照灯光柱死死“咬”住的敌机群里，时而俯冲，时而拉升，一股股雾化尾迹在夜空狂奔飞舞，还不时从空中传来咚咚的射击声。偶尔，被高射炮或战斗机击中的德军飞机顿时化作火球，伴随着刺耳的尖叫声从天而坠，爆炸声和冲天硝烟随之而起，在德国空军狂轰滥炸英国各地时，英国皇家空军的轰炸机部队也奉命对德军实施空袭。
9月5日，英国轻型轰炸机攻击了德国在法国的2个基地。
9月7日夜里，英国皇家空军的重型轰炸机首次对德准备发动入侵的港口发起了猛烈的攻击。皇家空军对从勒阿佛尔到安特卫普，从安特卫普到布伦的整个沿海各个港口的攻击，使拥塞在那里的德国船只遭到很大的损失。在敦克尔刻击沉击损84艘驳船；在瑟堡到登一赫耳德，炸毁一座500吨的军火库，焚毁一所军粮仓库，炸沉许多轮船和鱼雷艇。
从9月7日到10月12日希特勒宣布取消入侵为止，皇家空军共击沉击损德国运输舰21艘，驳船214艘，拖船5艘，汽艇3艘，这个数字约占德国入侵英国而集结的船只总数的12%。
9月23日至24日，英国皇家空军轰炸机指挥部派出119架惠特尼、威林顿斯和汉普登斯式轰炸机袭击柏林。其中84架飞机抵达目标区域，唯一最成功的轰炸是在夏洛腾堡，燃烧弹炸燃了一个煤气储存罐。可是也有许多炸弹没有爆炸，包括一枚投到希特勒官邸花园里的炸弹，它把希特勒的卫队吓得魂飞魄散，可最终却是有惊无险。这次轰炸死亡22个德国人。
9月16日，皇家空军的轰炸机空袭了正在进行大规模入侵演习的德国部队，使人员和登陆舰只遭受到惨重损失。运回柏林的被打死和烧伤的士兵整整装了2长列救护火车。结果，在德国以及欧洲大陆许多地方都流传开这样的消息：德国人确已试图登陆，但是被英国人打退了……
在德军还沉浸在失利的沉闷之中时，英国皇家空军借胜利的余威发起了攻击。9月15日晚上，以及16日、17日，皇家空军轰炸机队大规模持续轰炸了准备发动入侵的德军停泊港，使德国海军遭到严重打击。从布洛涅到安特卫普的各港口内的船舶，遭到了猛烈轰炸。安特卫普遭受的损失尤其严重。
海军将领纷纷向元首报告所受损失。9月17日，希特勒不得不同意海军参谋部的意见，认为英国皇家空军仍然没有被打垮，德国空军并没掌握英伦三岛的制空权。纳粹统帅不情愿但只能再次推迟登陆行动。10月12日，希特勒发出了正式指令“海狮”计划推迟。希特勒名为推迟，实际上出于种种复杂原因被迫放弃了对英国本土的入侵计划。就这样罪恶的“海狮”悄悄地遁去了。