Durante la Batalla de Gran Bretaña en 1940, la RAF defendió los cielos de Gran Bretaña contra el superioridad numérica alemana. En lo que quizás sea la campaña aérea más prolongada y complicada de la historia, la Batalla de Gran Bretaña contribuyó significativamente al retraso y posterior aplazamiento indefinido de la Operación León de Mar, los planes de Hitler para una invasión del Reino Unido. En la Cámara de los Comunes el 20 de agosto, motivado por los esfuerzos en curso de la RAF, el primer ministro Winston Churchill pronunció un discurso a la nación, donde dijo: "Nunca en el campo del conflicto humano se debía tanto por tantos a tan pocos". El mayor esfuerzo de la RAF durante la guerra fue la campaña de bombardeo estratégico contra Alemania por el Comando de Bombarderos. Si bien el bombardeo de la RAF de Alemania comenzó casi inmediatamente después del estallido de la guerra, al principio fue ineficaz; solo más tarde, particularmente bajo el liderazgo del jefe de la Fuerza Aérea, Mariscal Harris, estos ataques se volvieron cada vez más devastadores, desde principios de 1943 en adelante, a medida que la nueva tecnología y un mayor número de aviones superiores estuvieron disponibles. La RAF adoptó el bombardeo nocturno de ciudades alemanas como Hamburgo
y Dresden. El bombardeo nocturno constituyó la mayor parte de la campaña de bombardeo de la RAF, principalmente debido a Harris, pero también desarrolló técnicas de bombardeo de precisión para operaciones específicas, como la incursión "Dambusters" del Escuadrón No. 617, o la incursión en la prisión de Amiens conocida como Operación Jericó.