Počas bitky o Britániu v roku 1940 RAF bránilo oblohu nad Britániou proti početne nadradeným Nemcom. V tom, čo je možno najdlhšia a najkomplikovanejšia letecká kampaň v histórii, boj o Britániu významne prispel k oneskoreniu a následnému neurčitému odloženiu operácie Morský lev, Hitlerových plánov na inváziu do Spojeného kráľovstva. Na základe pokračujúcich snáh RAF 20. augusta v Dolnej snemovni vystúpil premiér Winston Churchill s prejavom k národu, kde povedal: "Nikdy v oblasti ľudského konfliktu nebolo toľko dlžných tak mnohými tak málo". Najväčším úsilím RAF počas vojny bola strategická bombardovacia kampaň proti Nemecku Bomber Command. Hoci bombardovanie Nemecka RAF začalo takmer okamžite po vypuknutí vojny, bolo spočiatku neúčinné; až neskôr, najmä pod vedením vrchného leteckého maršála Harrisa, sa tieto útoky stali čoraz ničivějšími, od začiatku roku 1943, keď bola k dispozícii nová technológia a väčší počet vynikajúcich lietadiel. RAF prijal nočné bombardovanie nemeckých miest ako je Hamburg
a Drážďany. Nočné bombardovanie tvorilo veľkú časť bombardovacej kampane RAF, hlavne vďaka Harrisovi, ale tiež vyvinulo presné bombardovacie techniky pre špecifické operácie, ako napríklad nálet "Dambusters" zo strany 617 Squadron alebo útok na väzenie Amiens známy ako operácia Jericho.