1940年1月，英国空军开始轰炸德国，但规模很小。1940年5月15日出动99架飞机轰炸莱茵河以东地区，对德战略轰炸由此开始。整个作战可分五个阶段。 1940年5月——1942年12月
对德轰炸由英国单独进行，目标是石油工业及科隆、柏林等大城市。由于双方都没有制空权，为夺取制空权，英国皇家空军开始对德国进行一系列突击，1940—1941年主要轰炸目标是潜艇基地、石油工业和航空工业。1942年开始以城市为重要目标，旨在打击德国的民心士气。3—6月，对鲁尔区几个城市进行夜间轰炸。由于德国空军广泛使用雷达，再加上FW190的出现，使得德国空军获得相当大的优势，英国空军的损失稍微超过德国空军。在第一阶段，英美航空兵投入兵力较小，加上技术条件限制，轰炸效果不大。德国军火工业产量1942年仍增加了50%，飞机产量继续大幅度提高。
转折点是1942年5月31日英国空军出动飞机千余架轰炸科隆，其破坏程度超过前9个月总计1346架次的轰炸效果，而飞机损失率大大降低，成为集中使用轰炸航空兵的范例。这一事件的重要性并不在于取得的物质效果，那并不大；也不在于在于对德国民心士气的打击，但是对科隆的夜间轰炸以及随之而来的空袭向德国空军总参谋部表明，英国广播公司广播网所宣传的关于轰炸的预言，将会按计划实施。美国第8航空队于1942年8月17日开始参加对德战略轰炸，美军在昼间对关键性目标实施精确轰炸，英军在夜间对大城市实施面积轰炸。虽然到年底只轰炸了德国在西欧的占领区，投弹量很小，因出动兵力不大，轰炸效果并不明显。但是德国空军总参谋部被迫从苏联前线抽出力量，转移到后方进行本土防空，在1941年，德国空军的61%在东线，而在1943年，这一比例下降到20%。组成陆军空中保护伞的德国ME-110战斗机、Ju-88和DO -217中队大批返回德国内地，充当夜间战斗机，由越来越少的歼击机保护的斯图卡俯冲轰炸机变得不大愿意冒险同苏联战斗机交战了。
可是英国需要时间改进空中突袭的方法。重要的进展之一是建立导航机部队，这些部队是根据德国200轰炸机大队的方式建立的，第200大队在1940年冬天连续空袭英国本土，导航机先于轰炸机主力部队飞向目标，在漆黑的夜里用照明弹标识转变点，以帮助经验较少的领航员，并在目标上空投掷照明弹，以便于识别目标。他们使用红色和绿色照明弹以标明轰炸范围，直到轰炸员将炸弹投下为止。 1943年1月——1944年1月
1943年春，英美已经在西线取得制空权，而在东线，德国的空中优势也已消失。英美统一轰炸目标，逐步增加兵力。1943年1月，英美在卡萨布兰卡会议上确定战略轰炸的目的是削弱德国的军事、经济和工业实力，摧毁德国人的斗志，使其丧失军事抵抗能力。轰炸的顺序为潜艇工业、航空工业、交通运输系统、石油工业等。为执行这一决定，英国主张夜间面积轰炸，美国主张昼间精确轰炸。两国各行其是，双方很少协同。英国空军由查尔斯·波特尔爵士负责，美国空军由伊拉·克拉伦斯·埃克将军负责。1943年盟国空军中队增加很快，双发飞机逐渐被英国斯特林式轰炸机、兰开斯特轰炸机、哈利法克斯轰炸机及美国的B-17和四发B-24轰炸机所取代。在此期间，英国空军进行了三个以城市为目标的空中战役。
鲁尔空中战役
1943年3—7月对鲁尔区若干城市进行43次空袭，轰炸航空兵出击18506架次，被击落876架，负伤2126架，不顾如此惨重的损失，在2月间有593架以上的飞机执行每天的轰炸任务，到1943年8月，每天参加轰炸的飞机达到787架，杜伊斯堡、埃森、科隆等、多特蒙德等城市和工厂遭到严重破坏，5月16—17日夜间，盖伊·吉布森指挥精锐的617中队19架重型轰炸机利用特制的炸弹摧毁了鲁尔水坝。轰炸完全成功，但中队却陷入了一个可怕的高射火炮网，损失了8架飞机和机组人员，这次精确轰炸得到了惊人的效果，发电量下降了，鲁尔的工厂缺水，而谷地则洪水泛滥，但到秋天的时候水坝修复了。
汉堡空中战役
1943年7月24日—8月3日四次夜间轰炸汉堡，其中两次美国航空队还进行了昼间补充轰炸。共出动17021架次轰炸机，被击毁飞机659架，负伤1123架，德国遭受的损失是巨大的，汉堡市60%房屋被毁，炸死10万人，工厂被毁近5000家。在其中的一次中，还首先采用了电子干扰战术，投下一大堆金属铝箔条以干扰对方的雷达，以减轻飞机的损失。8月17-18日意见，英国皇家空军还对佩内明德的制造V型火箭发动机的工厂进行了空袭。这次轰炸后，德国空军参谋长汉斯·耶顺内克被希特勒逼的在办公室开枪自杀。
柏林空中战役
1943年11月23日，英美开始空袭柏林，至1944年3月英国共出动20224架次飞机对柏林空袭16次，对其他城市空袭12次。这对英国空军来说是一次失败的战役，由于遭德战斗机截击，损失重大，被击落1047架，被击伤1682架飞机。
美军白昼大轰炸
在英国空军进行三大战役期间，以埃克将军为首的美国第八航空队也深入德国腹地，袭击其生产生产飞机、人造纤维和滚珠轴承的工业城市，但美国的损失是很大的。1943年10月14日轰炸施魏因富特轴承厂，出动的291架飞行堡垒，由于战斗机不能全程护航，遭德机截击，被击落60架，击伤138架，飞机损失率之高为空战史上罕见。
到1943年底，直射行动到达危机点，对德国的空中进攻已经产生显著效果，但代价是巨大的。在1943年10月之前，德国一直在增加歼击机的兵力，他们的高射炮火是无情的，何况德国的许多工业城市位于盟国的歼击机护航范围之外。由于阿尔贝特·施佩尔的努力，1943年上半年德国军火生产上升，有一段时间达到顶峰，然后下降，到1944年头几个月再次上升，原来预期的德国民心士气崩溃也没能实现。
盟国空军首脑采取某些提高空中战役效果的步骤，从1943年11月起，由詹姆斯·杜立特尔指挥的美国十五航空队和英国皇家空军第205航空兵群进驻意大利，大大扩充了盟军航空兵的活动范围，新的远程歼击机，尤其是美国的P-51野马战斗机，能伴随盟国轰炸机打击纳粹德国占领的任何欧洲地方，并大大减少损失，改进的含铝炸药也提高了轰炸的摧毁率。
1943年11月7日，德国宣传部长约瑟夫·戈培尔在日记中写道：“昨天在柏林上空损失了30架歼击机，这样的损失我们不能持久，现在的昼间空袭中美国轰炸机由质量出色的驱逐机护航，我们的歼击机比他们大为逊色。”7个月以前，戈培尔曾这样写道：“德国物理学会主席曾给我一个关于德国和盎格鲁-撒克逊物理学现状对比的备忘录，趋向是令人沮丧的，盎格鲁-撒克逊的物理学远远超过我们，尤其在研究工作方面，其结果，英美在物理学在战争的实际应用方面也是领先的，无论是空中作战还是潜艇作战都可以看得出来。”
1944年1月，卡尔·安德鲁·斯帕茨将军被任命为驻欧战略空军司令，第八航空队归杜立特尔指挥，第十五航空队归内森·特文宁将军指挥。昼夜不停的轰炸开始了，每次轰炸任务持续10—12个小时，包括1000—1200架飞机，1944年2月20—25日这一周尤其重要，在此期间，英美的机群对德国的布伦威斯克、莱比锡、雷根斯堡、戈塔、奥斯堡和斯图加特的飞机制造中心发起了连续突击，轰炸机出动6167架次，投弹19000吨，复出383架飞机被击毁的代价，目标遭受的破坏并非不可恢复，但是德国飞行员和飞机生产遭受的损失却再也无法弥补。
第八和第十五航空队在4月和5月对罗马尼亚进行的普洛耶什蒂大轰炸产生了明显效果，把该油田的汽油生产能力毁掉了75%，柏林空中战役在1944年头三个月继续进行，德国空军遭受P-51野马战斗机的沉重打击，损失非常严重。面对盟军的空中突击，德国军火工业在阿尔贝特·施佩尔领导下表现出适应和生存的奇迹。飞机工厂从1943年的80家增加到1944年的550家，其中一些重要的有10米以上的混泥土保护层，但是由于生产厂家被迫分散，使得德国的交通线变得在空袭中十分脆弱，当零件不能运动一起组装时，这些零件就变得毫无用处。
由于盟国的空袭，迫使德国牺牲前线的的力量而从事本土防御，从而耗竭了战争的潜力，由于急需战斗机，而无法生产打击盟军集结地的轰炸机。飞机损失越来越多，飞行员越来越缺，使得德国空军的训练质量急剧下降，与此同时，盟军飞行员的作战效能却不断提高。正想施佩尔所承认的那样，“毫无疑问，要是没有空袭，在1943年救可以抽出数十万人代替放弃了训练和工作去消除破砖烂瓦的士兵。”何况，每次空袭都要造成数百万个工时，并使工人由于缺乏睡眠而工作效率大幅下降。戈培尔经过一个相对平静的夜晚后写道：“真是荒谬绝伦，只不过十架喧闹的轰炸机，足以把1500—1800万人从床上赶进地下室。 ” 1944年2月——6月
1944年初，盟军首脑面临的是如何使空军在入侵法国（诺曼底登陆战役）时做出更好的贡献，斯帕茨和埃克将军负责对德国的空中作战，他们实际认为入侵是浪费时间，声称单用轰炸就可以使得德国的战争力量瓦解，根据这一想法提出的建议是金兰行动，进行一次有限的入侵，只在大陆保持一个桥头堡，等待摧毁德国战争工业后再向前推进。但是，由于德国军事工业仍然在扩大，加强了那些主张全面入侵人的观点。从1944年2月起，轰炸规模增大。1944年3月25日盟国军事领导人举行会议，决定将部分战略航空兵由轰炸德国转为支援诺曼底登陆，会议给盟国空军的任务时重点轰炸比利时和法国北部的铁路枢纽、桥梁和机场等交通运输系统以及飞机制造厂等航空工业，并对V-1导弹和V-2导弹发射阵地进行突击。西线战略航空队的指挥权暂时从英美参谋长联席会议转交给入侵部队的指挥官德怀特·戴维·艾森豪威尔将军。
为了孤立德军，盟军的战术空军中队袭击塞纳河的桥梁，以防止驻法德军南北运动，与此同时，还突击阿尔贝运河和默兹河上的桥梁，以制造假象，好像将要在塞纳河北登陆。战术空军还要袭击部署在法国海岸的雷达网站。由于袭击目标集中，使用兵力较大，效果较好。至诺曼底登陆前，盟军已掌握战区制空权，并成功地进行空中阻滞，孤立登陆地域的德军。不过还有一些重要部队不得不取消他们的计划，以对付V-2飞弹造成的严重威胁，虽然盟军轰炸机在1944年初用4万吨炸弹猛烈轰炸了法国和荷兰沿岸的88个飞弹基地，但德国继承设计出伪装更好的，更坚固的发射阵地来。到同年6月诺曼底登陆前，夺得了制空权。此后，轰炸规模更大，效果日渐显著。 1944年7月——1945年4月
为早日结束战争，盟军不顾不良的天气，逐渐加强打击，由于法国和比利时的解放，导致德国空军雷达站的后撤，盟军空军的损失越来越少，而空袭的效果越来越大，集中轰炸德国的石油工业、交通运输系统和兵工厂，同时继续轰炸大城市。9个半月内，投弹量超过前几年的总和。对石油工业的轰炸，7月为35次，8月为20次，9月有十几次千机轰炸，每月投弹数万吨。至1945年4月，德国合成石油月产量仅为前一年的5%。德军由于严重缺油，无法采取大规模作战行动。喷气战斗机是德国最后的王牌，但他的跑道很长，很容易被发现和在地面上被摧毁。
随着西欧战局的顺利发展，盟军自1945年1月加强对交通运输线的攻击，并增大空袭城市的规模。1945年初盟国飞机集中攻击德国西部，突击不莱梅到科布伦茨以东一线的目标，当三月中旬英美军队跨国莱茵河时，鲁尔工业区实际上已经和德国其他部分分离。3月11日，1038架重型轰炸机对埃森投下4500吨炸弹，次日，1150架重型轰炸机又对多特蒙德投下5000吨炸弹。由于盟军掌握了战略制空权，轰炸机的损失很小，轰炸效果显著。德国在经济上、军事上均面临崩溃。
1945年4月，柏林战役开始，英、美空军主要用于支援地面军队。1945年4月16日，美国驻欧战略航空兵司令卡尔·安德鲁·斯帕茨宣告对德战略轰炸结束。为了进行这种战役，斯帕茨和他的英国同僚阿瑟·特拉弗斯·哈里斯共指挥2.8万架作战飞机，133.5万人。损失了4万架飞机和9万飞行人员。由于空中战争代价很高，用饱和轰炸摧毁德国人的意志又告失败，使得战争结束后马上遭受指责，说整个空中战役是一种错误。然而正是法西斯德国首先对波兰、荷兰和英国进行大规模轰炸，正如杜努伊所说的：“德国的罪行是迫使西方世界处于进退两难的地步，要么拒绝模仿他们的作战方式，坐等灭亡；要么也采取这种方式，以残暴对残暴。” 。1944年7月——1945年4月，盟国空军投弹量超过前几年的总和。
