在總結會上，戈林重點提吃了英國的第11大隊在這一階段對德國空軍的傷害，並下達命令德軍開始調整目標，集中轟炸英格蘭南部和消滅英國空軍的絕對主力--第11大隊，從8月24日至9月6日，不列顛之戰進入了關鍵的第二階段，德軍根據戈林的決定，對英軍第11大隊的主要基地和英格蘭南部的飛機制造廠進行了大規模空襲，在這兩週時間裡，德軍每天出動飛機都在1000架次以上，其中8月30日和8月31日兩天，更是達到了日均1600架次，轟炸一個波次接着一個波次，空戰連着空戰，在這決定性的階段，英軍飛行員由於一個多月以來一直處於高度緊張狀態，有時一天就要出動幾次，已經非常疲憊，空戰開始以來，英軍有103名飛行員陣亡，128名重傷，傷亡總數佔全部飛行員的四分之一，英國空軍開始出現人員緊缺的困境，尤其是富有經驗的飛行骨幹大量傷亡，連一些年僅二十歲左右的青年就已經算是老手了。
在這樣的嚴重局面之下，英國國內的一些人已經對空軍司令部一直保證200多架的做法表示了不滿，但是深謀遠慮的道丁上將依舊沒有動用保留在北部縱深地區的280架飛機的後備力量。雖然他的這種戰略受到了前線艱苦奮戰將士的譴責和後方待命將士的抱怨，儘管如此，英軍依然在頑強苦戰，有些飛行員一天出動幾次，保持着高昂的士氣，甚至在9月6日英軍的出動架次竟然超過了德軍，地勤人員夜以繼日地維護保養、搶修受傷的飛機，體力精力都達到了極限，很多在工作中暈倒。
8月24日至9月6日兩週中，英軍有295架飛機被擊落，171架被重創，而同一時間裡英國生產出的新飛機加上修復的飛機總數只有269架，英國空軍已經是元氣大傷，更嚴重的是英國南部最重要的5個機場都遭到嚴重破壞，英國空軍最重要的指揮中樞--地下扇形指揮中心，指揮中心根據雷達站、地面防空觀察哨和空中作戰的飛行員發回的敵情報告，進行綜合分析評估，再用無線電指揮空中的戰鬥機作戰，德軍通過無線電監聽截獲了指揮中心與飛行員之間的通話，意識到這些指揮中心的重要性，便全力攻擊這種指揮中心，在南部地區和倫敦附近的7個指揮中心有6個被摧毀，英國空軍的指揮和通信系統已經到了崩潰的邊緣，照這樣發展下去，英國空軍很快就會失去抵抗的力量，而德軍在數量上的優勢開始逐步發揮出來，在這兩週裡，德軍損失了214架戰鬥機和138架轟炸機，但還有足夠的力量繼續發動攻勢。
這個時候似乎英國人只能指望上帝顯靈，來拯救風雨飄揚中的大英帝國，似乎英國人的祈禱再次被上帝給聽見，就在英軍遭到無法長期承受的巨大損失，即將陷入崩潰的邊緣的時候，德軍卻突然改變了戰術，不再攻擊英軍的機場和指揮中心，轉而對倫敦實施大規模空襲，不列顛之戰也就進入了第三階段，事實上這一改變完全是因爲一個偶然事件，8月24日12架迷航的德軍轟炸機飛臨倫敦，在市中心投下了炸彈，8月25日根據丘吉爾首相的指示，英國空軍出動81架轟炸機空襲柏林，作爲報復，當時正在哥倫比亞廣播公司的無線電廣播網上，從柏林進行廣播的美國記者威廉 l.塞爾，看見探照燈的閃光和“令人恐怖的、猛烈的高射炮火！”三天後，當英國皇家空軍發動強度更大的空襲時：“那些納粹的重要人物受到了侮辱！”塞爾在日記中寫道，那是因爲他們知道，對德國軍隊所取得的所有勝利來說，戰爭還沒有結束。
納粹的領導層，包括德國空軍長官赫爾曼 w.戈林，沒有想到會發生轟炸的情況，事實上，塞爾說：“戈林使他們確信不會發生轟炸！”在1940年9月4日，希特勒宣佈了他的報復計劃：“當他們宣稱他們將增加對我們的城市進行襲擊的時候，我們將把他們的城市夷爲平地！”希特勒說，這個重大的決策，在恰當的時候，減輕了圍攻機場和英國皇家空軍部隊的壓力。
實際上，德軍對倫敦的空襲8月底就已經開始，9月6日晚，德軍出動68架轟炸機首次有計劃地轟炸倫敦，9月7日，德軍對倫敦的大規模空襲終於開始，黃昏時分，戈林和凱塞林站在加萊海岸的山上，目視着第2航空隊625架轟炸機和648架戰鬥機飛越海峽，飛向倫敦，英軍沒料到德軍會空襲倫敦，起飛攔截的戰鬥機撲了空，德機向倫敦投下了300噸炸彈和燃燒彈，入夜後，又有250架德機來襲，倫敦沒有夜航戰鬥機，夜間防空只能依靠高射炮和探照燈，空襲從晚上八時一直持續到清晨，倫敦有1300多處起火，很多街區成爲一片火海，連英國國王居住的白金漢宮也被炸。
在當晚的恐怖空襲中，倫敦市民死300餘人，傷1500餘人，次日天亮後，陽光都無法穿透倫敦上空濃厚的黑煙，接到部隊的戰果電報和航拍照片，戈林興高采烈地告訴妻子：“倫敦燒起來了！” 在德國高層看來，因國人根本承受不了這樣慘重的傷亡，德軍對倫敦實施的大規模空襲，企圖以摧毀城區的殘暴轟炸，使英國屈服，然而，英國人民在如此慘重的損失下，沒有屈服，相反更激起了對納粹暴政的仇恨和戰鬥的決心，同時德國人的目標轉變反而使得英國空軍從崩潰的邊緣中恢復過來，逃過了一劫。
從9月7日起，一連七天，德軍對倫敦不分白天黑夜實施了大規模空襲，使倫敦蒙受了巨大的人員財產損失，但這損失並沒有白費，英國空軍得到了至爲寶貴的喘息之機，迅速恢復戰鬥力，此外，英國空軍指揮序列也有了變動，戰鬥機司令部司令道丁和第11大隊大隊長派克主張以中隊爲單位的小編隊逐次投入戰鬥，而第12大隊大隊長馬洛裡則主張以3至7箇中隊組成大編隊迎戰，實戰中由於第11大隊經常以小編隊作戰，多次空戰出現了德軍戰鬥機竟然是英軍的二三十倍這樣的衆寡懸殊，使英軍損失較大，經過一段時間的實戰檢驗，英國空軍肯定了大編隊作戰，以空軍副參謀長斯坦莫爾上將接替道丁，第12大隊大隊長馬洛裡接替派克，分別擔任戰鬥機司令部司令和第11大隊大隊長。
9月15日經過八天的調整和補充，英國空軍先後出動了19箇中隊300餘架戰鬥機，迎戰前往倫敦的德軍200架轟炸機和600架戰鬥機組成的大機羣，激烈的空戰持續了整整一天，在英軍英勇抗擊下，很多德機漫無目的投下炸彈，匆匆返航，全天有56架德機被擊落，其中34架轟炸機，另有12架在返航和着陸途中傷重墜毀，還有80架飛機是帶着滿身的彈痕着陸，英軍在空戰中損失20架“颶風”和6架“噴火”，還有7架傷重報廢。
這一天受到慘重損失德國空軍使得戈林意識到他的部隊根本就沒有完全掌控英國的制空權，英國人沒有喪失抗爭的勇氣，爲了鼓舞戰士們的士氣，英國首相丘吉爾甚至不惜危險，在這一天親自跑到了前線指揮所觀看作戰，而不是躲在隱蔽所裡，9月16日和17日，英國空軍挾勝利餘威出動轟炸機對德軍集結在沿海的用於登陸的船隻和部隊進行了猛烈攻擊，擊沉擊傷近百艘船隻，並給德軍造成了重大的人員和物資損失，迫使希特勒於9月18日下令停止在沿海集結船隻，9月16日至19日，由於天氣不佳，德軍僅進行小規模空襲，戰果很小。
慘重損失使得一直把空軍視爲自己禁臠的戈林大爲心痛，爲減少飛機損失，戈林下令從10月1日起對倫敦的空襲從白天改爲夜間，並鑑於英軍戰鬥機注重攻擊轟炸機，忽視戰鬥機的特點，白天由梅塞施米特-109加掛炸彈，進行偷襲，一開始果然奏效，加掛炸彈的梅塞施米特-109毫無阻攔，順利到達目標上空，轟炸連連得手，英軍隨即吸取教訓，對德軍任何飛機都進行攔截，由於梅塞施米特-109加掛炸彈後，非常笨重，完全喪失了一款戰鬥機固有的靈活機動，使得德國戰鬥機在英國人的打擊下不堪一擊，損失極大，無奈之下，心疼自己戰鬥機的戈林只好命令德軍終止這一戰術。
10月份，德軍繼續對倫敦進行恐怖空襲，企圖以巨大的物質損失和死亡來迫使英國屈服，但在猛烈空襲下，倫敦市民依然照常工作、生活和娛樂，並保持着英國人的樂觀和幽默，有位裁縫轟炸期間在店門上貼着“營業照常”的紙條，而當他的小店被炸燬後，他在廢墟上掛出了“營業更加照常”的紙條，在英國倫敦的圖書館被轟炸摧毀後，英國人甚至依然紳士般的在廢墟上繼續閱讀和看報，在劇場被摧毀後，因國人甚至都沒有轉移，稍稍收拾一下廢墟之後，就在只剩下一半的劇場裡繼續表演他們的話劇，這樣樂觀的態度使得德國人依靠空中轟炸政府英國人的願望落空了，