在德军还沉浸在失利的沮丧之中时，英国皇家空军借胜利的余威发起了反击。9月16日和17日，英军持续猛烈地轰炸了准备发动入侵的德军舰停泊港，使德国海军遭到严重打击。海军将领纷纷向元首报告：“在安特卫普，运输船队遭受重大损失，港内的5艘运输轮受到重伤，一艘驳船沉没，一列军火列车被炸毁，仓库多处着火。”在敦刻尔克，共有84艘德国大小驳船被击沉或受损。从瑟堡传来的消息更令希特勒沮丧：一座大型军火库被炸毁，一所大型军粮仓库被焚烧，多艘轮船和鱼雷艇被炸沉，人员伤亡惨重。有人甚至这样斗胆直截了当地对希特勒说：“如果再下令继续集结登陆部队，还不如直接把我的士兵送到搅肉机里。”
英国空军如此快的复苏使德国惊恐不已。戈林看到，他的自负以及无能已使他在希特勒面前失宠，其他各军种也对他怨气冲天。为了尽可能减小损失，戈林下令：从10月1日开始，对伦敦的空袭改为夜间进行。
2日傍晚，由1，000多架飞机组成的德国庞大机群又起飞了，它要再次把死神带进伦敦。尽管英国空军全力起飞拦截，但效果不甚理想。英军对夜间城市防空还缺乏足够的经验，大批德国轰炸机成功地飞抵伦敦上空。顿时，整个城市响彻了空袭警报，灯火管制使街区陷入一片黑暗。探照灯光束像一把把锋利的宝剑在空中扫来扫去，为地面防空部队和战斗机搜寻目标。只见各种飞机时而俯冲，时而拉升，一股股冲天烟火随之而起，一架架飞机拖着浓浓的黑烟栽向大地，整个伦敦街区看上去好像正承受一场空前的大劫难。
德国空军的夜袭使英国防空陷入了很大的被动，至1941年2月，德军共出动飞机24，000余架次，被击落156架；而伦敦则遭受了惨重损失。附近其他城市也受到了不同程度的破坏，其中最为严重的是航空工业中心考文垂，德军向那里投了16，000余吨炸弹，整个城市几乎被毁，12家飞机零件工厂也遭到严重毁坏。
英国空军面对这种被动局面想出了各种办法：一方面，他们用飞机装载探照灯配合地面探照灯部队为战斗机照明，并在德机来袭飞向大量施放阻拦气球；另一方面，以无线电干扰德国空军的夜间导航设备，破坏德机投弹命中率。他们还及时研制出了炮瞄雷达、战斗机夜航设备和机载雷达系统等一批全新武器装备。所有这些措施有效地遏制了纳粹空军的猖獗进犯，从而减小了伦敦的损失。
黑沉沉的夜幕成为德军轰炸机大发淫威的帮凶。一到夜晚，德国轰炸机就飞抵伦敦和英国其他城市上空。德军飞机在夜空中大摇大摆、肆意横行。前面的轰炸机将燃烧弹投向目标区，后面的轰炸机便寻着烈焰投下各种杀伤弹。在伦敦码头上，在拥挤的贫民窟，在首都的食品店，在这个世界上最大的城市之一，到处都是猛烈的炸弹爆炸声。燃烧弹使伦敦大街小巷变成了一片残垣断壁，玻璃碎片比比皆是。德国法西斯不久前在华沙和鹿特丹制造的恐怖，正展现在伦敦百姓的面前，人类正义又一次遭到摧残和蹂躏。
夜间轰炸还给伦敦市民带来了一种特有的恐怖感，人们难以忍受在防空洞内渡过空袭的夜晚，德国空军的夜袭使英国城市陷入了苦难。夜间空战给皇家空军带来了种种新的难题。尽管英国空军全力起飞拦截，但初期的效果不甚理想，皇家空军对夜间城门防空还缺乏足够的经验。当时英国皇家空军战斗机部队的24个中队中，只有8个战斗机中队可以用于夜间截击，其中2个“挑战者”式中队和6个“布伦海姆”式中队。这2种飞机的性能不佳，在白天对敌空战都不得力，更甭说用于夜战了。而部署在伦敦附近的高射炮和探照灯等防空武器数量严重不足，其中重型高射炮只有92门。当时，整个英军防空部队中，射高为7，600多米的重型高射炮兵连只有32个，而射高为1，800多米的轻型高射炮兵连只有22个，探照灯连仅有14个，光柱只能照到3，600多米高。这些防空武器的威力有限，远远不能满足偌大个城市的要求。更困难的是，一直在防空作战中发挥重大作用的“千里眼”雷达网，也爱莫能助。因为英国的雷达站主要部署在沿海地区，内陆地区基本没有。敌机在内陆上空的活动情报应该靠遍布各处的对空观察哨提供，可是在夜间，所有对空观察哨只能望着黑洞洞的夜空，无能为力。防空陷入了很大的被动。夜间轰炸使德军轰炸取得了成功，德军轰炸机损失也明显降低。10月份被击落的仅为325架，远远低于8月份的662架和9月份的582架。但是，英国皇家空军很快地吸取了教训，并调整了部署，加强了兵力。特别是指挥防空炮队的派尔将军，迅速地把高射炮从各那的城市抽了出来，伦敦的高射炮数目在2天内增加了1倍多。为了振奋人心，首相丘吉尔还特意命令把几门高射炮配置到市中心的海德公园内。在一些敌机可能入窜的重要地点上空例如泰晤士河口，升起了防空气球……此后伦敦防空进入了一个崭新的阶段。每当德军飞机入侵，顿时整个城市响彻了刺耳的空袭警报。灯火管制使街区顿时变成一片黑暗，整个城市隐蔽在夜幕里。突然，为地面防空高射炮和战斗机搜寻目标的探照灯光束，像一把把锋利的宝剑向天空射去，在空中扫来扫去。整个天空又变得如同白昼，甚至比白天更为光亮耀眼。德军飞行员根本看不清下面的目标。当探照灯照亮夜空时，展现在伦敦市民眼前的是另一幅空中搏斗的舞台。数百门高射炮轰隆隆地对空齐射，从四面八方带着火光和怒吼，在天空编织出一张张红光闪烁的罗网。尽管有时高射炮夜间射击效果不很明显，但是那种震耳欲聋的炮声使居民们大为满意。个个无不欢欣鼓舞，感到对德国鬼子还击了。随着炮手们射击技术的熟练和提高，德军入侵飞机被击落数量大大增加了。有时高射炮队暂停射击，让皇家空军战斗机冲上夜空截击敌机。只见皇家空军的各种飞机冲入被探照灯光柱死死“咬”住的敌机群里，时而俯冲，时而拉升，一股股雾化尾迹在夜空狂奔飞舞，还不时从空中传来咚咚的射击声。偶尔，被高射炮或战斗机击中的德军飞机顿时化作火球，伴随着刺耳的尖叫声从天而坠，爆炸声和冲天硝烟随之而起，把大地震得微微颤抖。时而一架又一架飞机拖着浓浓的火光划破夜空栽向地面，跳伞的飞行员在空中若明若暗，飘然而下。伦敦市民真是倍受鼓舞，欢呼雀跃。许多人情愿留在街上观战而不愿钻进防空洞……为了灭火，一个规模巨大、遍布整个伦敦的防火瞭望哨和消防队很快成立起来了。最初，防火瞭望哨都是自愿人员，可是需要的人数太多了，而且每一个伦敦人部有强烈愿望轮流担当这一工作。不久，防火瞭望哨就成为义务性的了。这种工作对各个阶层都起着鼓舞激励作用。妇女们也争先恐后地要求参加。大家踊跃参加训练班，以便学会如何处理敌人的各种燃烧弹。人们虽然夜复一夜地冒着敌人的轰炸呆在瞭望
的房顶上，除了一顶钢盔几乎什么也没有，可是他们仍坚守岗位。如果附近有燃烧弹落下，在瞭望哨的呐喊下，火势很快就会被扑灭，与此同时，在内政大臣莫时森先生倡导下，1，400个地方消防队合并成为全国1个消防总队。各地还建立了庞大的由居民组成的民间防空队，进行战时的消防救护工作。勇敢的伦敦妇女还成立了“妇女防空志愿队”。“未爆炸弹清除队”更是可歌可泣。德军空军为了加强轰炸效果，从9月开始使用了一种新的炸弹——延时炸弹。这种炸弹长2．4米，重约1吨，落地后并不马上爆炸，何时爆炸由弹上延时控制，长短不等。英国民防部门称它为UXB，意为未爆炸弹。这种炸弹给城市生活制造了很多麻烦。人们当时还不能区分那些埋在土里的半截炸弹究竟是延时炸弹，还是不再能爆炸的普通臭弹。重要的交通枢纽，大段大段的铁路线，一条条的主要街道，常因此不得不一次次被迫中断；大片大片居民区、工厂不得不陷于瘫痪。为了对付这种延时炸弹，在丘吉尔的推动下，由金将军领导的英国皇家工程部队清除队诞生了。它的成员个个具有非凡的勇气，沉着冷静和坚忍不拔的品格。他们惟一的排弹工具就是一把卸下炸弹雷管的螺丝刀，一团从安全距离拉掉雷管的线和自己那双细心沉着的双手。“未爆炸弹清除队”的英勇事迹鼓舞着每一个伦敦市民。每当清除队涂有BDS的军车在大街上行驶时，居民们都情不自禁地向他们招手。消防警铃发出的尖叫声与队员们蔑视死神的果敢融为一体，令人肃然起敬。不久，每一个城市，每一个乡镇都成立了由民众志愿参加的清弹专业队或小组。他们有的经过了20、30甚至40次危险后就献出了生命，有的受伤致残。但是，其他的人们仍然一直活跃在清除炸弹的战场，从未畏惧。在德国空军狂轰滥炸英国各地时，英国皇家空军的轰炸机部队也奉命对德军实施空袭。
9月5日，英国轻型轰炸机攻击了德国在法国的2个墓地。9月7日夜里，英国皇家空军的重型轰炸机首次对德准备发动入侵的港口发起了猛烈的攻击。皇家空军一个轰炸机飞行员战后写道：“当时的情景真壮观，令人惊叹不已！法国加来的码头燃起冲天大火，布洛涅的滨水区成为一片火海，火舌在风中跳动狂舞着……整个法国海岸像筑起一道火的屏障，只是偶尔被炸弹密集爆炸的闪光和燃烧弹呼啸乱舞的曳光打断。”皇家空军对从勒阿佛尔到安特卫普，从安特卫普到布伦的整个沿海各个港口的攻击，使拥塞在那里的德国船只遭到很大的损失。在敦刻尔克击沉击损84艘驳船；在瑟堡到登—赫耳德，炸毁一座500吨的军火库，焚毁一所军粮仓库，炸沉许多轮船和鱼雷艇。从9月7日到10月12日希特勒宣市取消入侵为止，皇家空军共击沉击损德国运输舰21艘，驳船214艘，拖船5艘，汽艇3艘，这个数字约占德国入侵英国而集结的船只总数的12％。一般人很难想像，对集结在有高射炮和探照灯把守的现代港口深处的德国驳船和其他船只进行轰炸有多难。皇家空军与其说是“摧毁”德国的侵英作战准备，不如说是“骚扰”更贴切一些。然而，它沉重打击了德国侵略者的嚣张气焰，使之对仅有一峡之隔的英国望而却步了。皇家空军对德军的空袭极大地鼓舞了英国民众，整个英国都为数量上处于劣势的皇家空军的尽心尽职而自豪和骄傲，特别是皇家空军攻击柏林和德国港口的消息，更使英国人民欣喜万分。德国空军轰炸英国时可以从法国等国基地起飞，距离大大缩短，而英国轰炸机飞抵柏林的距离是德国轰炸机飞抵伦敦的5倍，因而载弹量较少，况且遭到气候和防空炮火袭击的危险性更大。对柏林最猛烈的攻击是9月23日至24日，英国皇家空军轰炸机指挥部派出119架惠特尼、威林顿斯和汉普登斯式轰炸机袭击柏林。其中84架飞机抵达目标区域，惟一最成功的轰炸是在夏洛腾堡，燃烧弹炸燃了一个煤气储存罐。可是也有许多炸弹没有爆炸，包括一枚投到希特勒官邸花园里的炸弹，它把希特勒的卫队吓得魂飞魄散，可最终却是有惊无险。这次轰炸死亡22个德国人。
9月16日，皇家空军的轰炸机空袭了正在进行大规模入侵演习的德国部队，使人员和登陆舰只遭受到惨重损失。运回柏林的被打死和烧伤的士兵整整装了2长列救护火车。结果，在德国以及欧洲大陆许多地方都流传开这样的消息：德国人确已试图登陆，但是被英国人打退了……在德军还沉浸在失利的沉闷之中时，英国皇家空军借胜利的余威发起了攻击。
9月15日晚上，以及16日、17日，皇家空军轰炸机队大规模持续轰炸了准备发动入侵的德军停泊港，使德国海军遭到严重打击。从布洛涅到安特卫普的各港口内的船舶，遭到了猛烈轰炸。安特卫普遭受的损失尤其严重。海军将领纷纷向元首报告所受损失。
9月17日，希特勒不得不同意海军参谋部的意见，认为英国皇家空军仍然没有被打垮，德国空军并没掌握英伦三岛的制空权。纳粹统帅不情愿但只能再次推迟登陆行动。
戈林对这样的空袭行动也逐渐失去了兴趣；他将自己的指挥权暂时交给了加兰将军，自己则在法国游山玩水，收集名人字画和艺术品。戈林对艺术品的酷爱，到了近于疯狂的地步，到第二次世界大战结束时，沦入戈林之手的艺术品的价值已高达数亿美元。德军占领区的艺术品商人们称戈林为“那个来自柏林的强盗”。而戈林本人却厚颜无耻地宣称：“我收藏的艺术品，都是用最合法的手段，最公平的价格获得的。”纳粹德国军备和战时生产部部长阿·施佩尔在自己的回忆录中写道：“对戈林这位国家第二号人物掠夺艺术品的行为，希特勒常常怀有愤恨之情，但从来不敢当面责问他。”
三、德国的忧虑
德国空军9月15日受到的挫折，必然使他们对战役新阶段开始以来采用的战术方针产生了怀疑。9月7日以后，德国空军已经损失飞机200余架，其中半数以上为轰炸机。英国方面认为，有许多德机之所以被击落，是因为直接护航的战斗机的数量不足。而德国战斗机的飞行员却持不同的看法。他们认为，对行动缓慢、载荷沉重而又飞得很高的轰炸机进行直接护航，是他们力所不逮的事。戈林曾经有一次问过德国空军第26轰炸机联队的联队长，怎样才能提高他获得成功的机会，回答是“我请求用‘喷火’式飞机装备我们的战斗机部队”。为了同他们的保护对象齐驱并进，护航战斗机不得不采用蛇形航线，因而要时时远离轰炸机，丧失了某些行动上的自由权。当有人问戈林他本人对此项争论将如何裁决的时候，戈林表示同意轰炸机人员的意见。
9月16日和17日，恶劣天气使德机未能对伦敦实施昼间轰炸，而希特勒也正是在17日下达了无限期推迟“海狮”作战的命令。姑且不论究竟是什么原因促使他做出了这个决定，从表面上看，至少说明德国空军没有能够完成任务。从此以后，德军最高统帅部放弃了通过昼间轰炸以获取迅速胜利的希望，而恢复采用通过夜间轰炸和海上封锁的方法以削弱英国的抵抗能力的方针。