Under slaget om Storbritannien i 1940 forsvarede RAF himlen over Storbritannien mod den talmæssigt overlegne tysker. I hvad der måske er den mest langvarige og komplicerede luftkampagne i historien, bidrog slaget om Storbritannien betydeligt til forsinkelsen og den efterfølgende ubestemt udsættelse af Operation Sea Lion, Hitlers planer om en invasion af Storbritannien. I Underhuset den 20. august holdt premierminister Winston Churchill en tale til nationen, hvor han sagde: "Aldrig før på området for menneskelig konflikt var så mange skyldige så mange til så få". Den største RAF-indsats under krigen var den strategiske bombekampagne mod Tyskland af Bomber Command. Mens RAF-bombardementer af Tyskland begyndte næsten umiddelbart efter krigens udbrud, var det i første omgang ineffektivt; det var først senere, især under ledelse af Air Chief Marshal Harris, at disse angreb blev mere og mere ødelæggende, fra begyndelsen af 1943 og fremefter, da ny teknologi og et større antal overlegne fly blev tilgængelige. RAF indførte natlige bombninger af tyske byer som Hamburg
og Dresden. Nattetidsområdesbombning udgjorde den store del af RAF's bombekampagne, hovedsageligt på grund af Harris, men det udviklede også præcisionsbombningsteknikker til specifikke operationer, såsom "Dambusters" raid af No. 617 Squadron, eller Amiens fængselsrazzia kendt som Operation Jericho.