戰役過程
1940年1月，英國空軍開始轟炸德國，但規模很小。1940年5月15日出動99架飛機轟炸萊茵河以東地區，對德戰略轟炸由此開始。整個作戰可分五個階段。
第一階段
英國空軍針對柏林的夜間轟炸1940年5月——1942年12月
對德轟炸由英國單獨進行，目標是石油工業及科隆、柏林等大城市。由於雙方都沒有制空權，為奪取制空權，英國皇家空軍開始對德國進行一系列突擊，1940—1941年主要轟炸目標是潛艇基地、石油工業和航空工業。1942年開始以城市為重要目標，旨在打擊德國的民心士氣。3—6月，對魯爾區幾個城市進行夜間轟炸。由於德國空軍廣泛使用雷達，再加上FW190的出現，使得德國空軍獲得相當大的優勢，英國空軍的損失稍微超過德國空軍。在第一階段，英美航空兵投入兵力較小，加上技術條件限制，轟炸效果不大。德國軍火工業產量1942年仍增加了50%，飛機產量繼續大幅度提高。
轉折點是1942年5月31日英國空軍出動飛機千餘架轟炸科隆，其破壞程度超過前9個月總計1346架次的轟炸效果，而飛機損失率大大降低，成為集中使用轟炸航空兵的範例。這一事件的重要性並不在於取得的物質效果，那並不大；也不在於在於對德國民心士氣的打擊，但是對科隆的夜間轟炸以及隨之而來的空襲向德國空軍總參謀部表明，英國廣播公司廣播網所宣傳的關於轟炸的預言，將會按計畫實施。美國第8航空隊於1942年8月17日開始參加對德戰略轟炸，美軍在晝間對關鍵性目標實施精確轟炸，英軍在夜間對大城市實施面積轟炸。雖然到年底只轟炸了德國在西歐的占領區，投彈量很小，因出動兵力不大，轟炸效果並不明顯。但是德國空軍總參謀部被迫從蘇聯前線抽出力量，轉移到後方進行本土防空，在1941年，德國空軍的61%在東線，而在1943年，這一比例下降到20%。組成陸軍空中保護傘的德國ME-110戰鬥機、Ju-88和DO -217中隊大批返回德國內地，充當夜間戰鬥機，由越來越少的殲擊機保護的斯圖卡俯衝轟炸機變得不大願意冒險同蘇聯戰鬥機交戰了。
盟軍轟炸德國U艇基地可是英國需要時間改進空中突襲的方法。重要的進展之一是建立導航機部隊，這些部隊是根據德國200轟炸機大隊的方式建立的，第200大隊在1940年冬天連續空襲英國本土，導航機先於轟炸機主力部隊飛向目標，在漆黑的夜裡用照明彈標識轉變點，以幫助經驗較少的領航員，並在目標上空投擲照明彈，以便於識別目標。他們使用紅色和綠色照明彈以標明轟炸範圍，直到轟炸員將炸彈投下為止。
第二階段
1943年1月——1944年1月
1943年春，英美已經在西線取得制空權，而在東線，德國的空中優勢也已消失。英美統一轟炸目標，逐步增加兵力。1943年1月，英美在卡薩布蘭卡會議上確定戰略轟炸的目的是削弱德國的軍事、經濟和工業實力，摧毀德國人的鬥志，使其喪失軍事抵抗能力。轟炸的順序為潛艇工業、航空工業、交通運輸系統、石油工業等。為執行這一決定，英國主張夜間面積轟炸，美國主張晝間精確轟炸。兩國各行其是，雙方很少協同。英國空軍由查爾斯·波特爾爵士負責，美國空軍由伊拉·克拉倫斯·埃克將軍負責。1943年盟國空軍中隊增加很快，雙發飛機逐漸被英國斯特林式轟炸機、蘭開斯特轟炸機、哈利法克斯轟炸機及美國的B-17和四發B-24轟炸機所取代。在此期間，英國空軍進行了三個以城市為目標的空中戰役。
魯爾轟炸第二天拍攝航拍的水壩照片魯爾空中戰役
1943年3—7月對魯爾區若干城市進行43次空襲，轟炸航空兵出擊18506架次，被擊落876架，負傷2126架，不顧如此慘重的損失，在2月間有593架以上的飛機執行每天的轟炸任務，到1943年8月，每天參加轟炸的飛機達到787架，杜伊斯堡、埃森、科隆等、多特蒙德等城市和工廠遭到嚴重破壞，5月16—17日夜間，蓋伊·吉布森指揮精銳的617中隊19架重型轟炸機利用特製的炸彈摧毀了魯爾水壩。轟炸完全成功，但中隊卻陷入了一個可怕的高射火炮網，損失了8架飛機和機組人員，這次精確轟炸得到了驚人的效果，發電量下降了，魯爾的工廠缺水，而谷地則洪水泛濫，但到秋天的時候水壩修復了。
漢堡空中戰役
“蘭開斯特”轟炸機夜襲漢堡1943年7月24日—8月3日四次夜間轟炸漢堡，其中兩次美國航空隊還進行了晝間補充轟炸。共出動17021架次轟炸機，被擊毀飛機659架，負傷1123架，德國遭受的損失是巨大的，漢堡市60%房屋被毀，炸死10萬人，工廠被毀近5000家。在其中的一次中，還首先採用了電子干擾戰術，投下一大堆金屬鋁箔條以干擾對方的雷達，以減輕飛機的損失。8月17-18日夜間，英國皇家空軍還對佩內明德的製造V型火箭發動機的工廠進行了空襲。這次轟炸後，德國空軍參謀長漢斯·耶順內克被希特勒逼的在辦公室開槍自殺。
柏林空中戰役
1943年11月23日，英美開始空襲柏林，至1944年3月英國共出動20224架次飛機對柏林空襲16次，對其他城市空襲12次。這對英國空軍來說是一次失敗的戰役，由於遭德戰鬥機截擊，損失重大，被擊落1047架，被擊傷1682架飛機。
美軍白晝大轟炸
施韋因富特被轟炸之後的航拍圖在英國空軍進行三大戰役期間，以埃克將軍為首的美國第八航空隊也深入德國腹地，襲擊其生產生產飛機、人造纖維和滾珠軸承的工業城市，但美國的損失是很大的。1943年10月14日轟炸施魏因富特軸承廠，出動的291架飛行堡壘，由於戰鬥機不能全程護航，遭德機截擊，被擊落60架，擊傷138架，飛機損失率之高為空戰史上罕見。
到1943年底，直射行動到達危機點，對德國的空中進攻已經產生顯著效果，但代價是巨大的。在1943年10月之前，德國一直在增加殲擊機的兵力，他們的高射炮火是無情的，何況德國的許多工業城市位於盟國的殲擊機護航範圍之外。由於阿爾貝特·施佩爾的努力，1943年上半年德國軍火生產上升，有一段時間達到頂峰，然後下降，到1944年頭幾個月再次上升，原來預期的德國民心士氣崩潰也沒能實現。
進行白晝轟炸的B-17編隊遭遇防空炮火盟國空軍首腦採取某些提高空中戰役效果的步驟，從1943年11月起，由詹姆斯·杜立特爾指揮的美國十五航空隊和英國皇家空軍第205航空兵群進駐義大利，大大擴充了盟軍航空兵的活動範圍，新的遠程殲擊機，尤其是美國的P-51野馬戰鬥機，能伴隨盟國轟炸機打擊納粹德國占領的任何歐洲地方，並大大減少損失，改進的含鋁炸藥也提高了轟炸的摧毀率。
1943年11月7日，德國宣傳部長約瑟夫·戈培爾在日記中寫道：“昨天在柏林上空損失了30架殲擊機，這樣的損失我們不能持久，現在的晝間空襲中美國轟炸機由質量出色的驅逐機護航，我們的殲擊機比他們大為遜色。”7個月以前，戈培爾曾這樣寫道：“德國物理學會主席曾給我一個關於德國和盎格魯-撒克遜物理學現狀對比的備忘錄，趨向是令人沮喪的，盎格魯-撒克遜的物理學遠遠超過我們，尤其在研究工作方面，其結果，英美在物理學在戰爭的實際套用方面也是領先的，無論是空中作戰還是潛艇作戰都可以看得出來。”
被炸毀的Me-262工廠1944年1月，卡爾·安德魯·斯帕茨將軍被任命為駐歐戰略空軍司令，第八航空隊歸杜立特爾指揮，第十五航空隊歸內森·特文寧將軍指揮。晝夜不停的轟炸開始了，每次轟炸任務持續10—12個小時，包括1000—1200架飛機，1944年2月20—25日這一周尤其重要，在此期間，英美的機群對德國的布倫威斯克、萊比錫、雷根斯堡、戈塔、奧斯堡和斯圖加特的飛機製造中心發起了連續突擊，轟炸機出動6167架次，投彈19000噸，付出383架飛機被擊毀的代價，目標遭受的破壞並非不可恢復，但是德國飛行員和飛機生產遭受的損失卻再也無法彌補。
第八和第十五航空隊在4月和5月對羅馬尼亞進行的普洛耶什蒂大轟炸產生了明顯效果，把該油田的汽油生產能力毀掉了75%，柏林空中戰役在1944年頭三個月繼續進行，德國空軍遭受P-51野馬戰鬥機的沉重打擊，損失非常嚴重。面對盟軍的空中突擊，德國軍火工業在阿爾貝特·施佩爾領導下表現出適應和生存的奇蹟。飛機工廠從1943年的80家增加到1944年的550家，其中一些重要的生產工廠有10米以上的混泥土保護層，但是由於生產廠家被迫分散，使得德國的交通線變得在空襲中十分脆弱，當零件不能運動一起組裝時，這些零件就變得毫無用處。
B-24轟炸普洛耶什蒂油田由於盟國的空襲，迫使德國犧牲前線的的力量而從事本土防禦，從而耗竭了戰爭的潛力，由於急需戰鬥機，而無法生產打擊盟軍集結地的轟炸機。飛機損失越來越多，飛行員越來越缺，使得德國空軍的訓練質量急劇下降，與此同時，盟軍飛行員的作戰效能卻不斷提高。正想施佩爾所承認的那樣，“毫無疑問，要是沒有空襲，在1943年就可以抽出數十萬人代替放棄了訓練和工作去消除破磚爛瓦的士兵。”何況，每次空襲都要造成數百萬個工時，並使工人由於缺乏睡眠而工作效率大幅下降。戈培爾經過一個相對平靜的夜晚後寫道：“真是荒謬絕倫，只不過十架喧鬧的轟炸機，足以把1500—1800萬人從床上趕進地下室。 ”
第三階段
1944年2月——6月
1944年初，盟軍首腦面臨的是如何使空軍在入侵法國（諾曼第登入戰役）時做出更好的貢獻，斯帕茨和埃克將軍負責對德國的空中作戰，他們實際認為入侵是浪費時間，聲稱單用轟炸就可以使得德國的戰爭力量瓦解，根據這一想法提出的建議是金蘭行動，進行一次有限的入侵，只在大陸保持一個橋頭堡，等待摧毀德國戰爭工業後再向前推進。但是，由於德國軍事工業仍然在擴大，加強了那些主張全面入侵人的觀點。從1944年2月起，轟炸規模增大。1944年3月25日盟國軍事領導人舉行會議，決定將部分戰略航空兵由轟炸德國轉為支援諾曼第登入，會議給盟國空軍的任務時重點轟炸比利時和法國北部的鐵路樞紐、橋樑和機場等交通運輸系統以及飛機製造廠等航空工業，並對V-1飛彈和V-2飛彈發射陣地進行突擊。西線戰略航空隊的指揮權暫時從英美參謀長聯席會議轉交給入侵部隊的指揮官德懷特·戴維·艾森豪將軍。
1944年執行戰略轟炸任務的B-24為了孤立德軍，盟軍的戰術空軍中隊襲擊塞納河的橋樑，以防止駐法德軍南北運動，與此同時，還突擊阿爾貝運河和默茲河上的橋樑，以製造假象，好像將要在塞納河北登入。戰術空軍還要襲擊部署在法國海岸的雷達網站。由於襲擊目標集中，使用兵力較大，效果較好。至諾曼第登入前，盟軍已掌握戰區制空權，並成功地進行空中阻滯，孤立登入地域的德軍。不過還有一些重要部隊不得不取消他們的計畫，以對付V-2飛彈造成的嚴重威脅，雖然盟軍轟炸機在1944年初用4萬噸炸彈猛烈轟炸了法國和荷蘭沿岸的88個飛彈基地，但德國繼承設計出偽裝更好的，更堅固的發射陣地來。到同年6月諾曼第登入前，奪得了制空權。此後，轟炸規模更大，效果日漸顯著。
第四階段
1944年7月——1945年4月
為早日結束戰爭，盟軍不顧不良的天氣，逐漸加強打擊，由於法國和比利時的解放，導致德國空軍雷達站的後撤，盟軍空軍的損失越來越少，而空襲的效果越來越大，集中轟炸德國的石油工業、交通運輸系統和兵工廠，同時繼續轟炸大城市。9個半月內，投彈量超過前幾年的總和。對石油工業的轟炸，7月為35次，8月為20次，9月有十幾次千機轟炸，每月投彈數萬噸。至1945年4月，德國合成石油月產量僅為前一年的5%。德軍由於嚴重缺油，無法採取大規模作戰行動。噴氣戰鬥機是德國最後的王牌，但它的跑道很長，很容易被發現和在地面上被摧毀。
隨著西歐戰局的順利發展，盟軍自1945年1月加強對交通運輸線的攻擊，並增大空襲城市的規模。1945年初盟國飛機集中攻擊德國西部，突擊不萊梅到科布倫茨以東一線的目標，當三月中旬英美軍隊跨國萊茵河時，魯爾工業區實際上已經和德國其他部分分離。3月11日，1038架重型轟炸機對埃森投下4500噸炸彈，次日，1150架重型轟炸機又對多特蒙德投下5000噸炸彈。由於盟軍掌握了戰略制空權，轟炸機的損失很小，轟炸效果顯著。德國在經濟上、軍事上均面臨崩潰。
1945年4月，柏林戰役開始，英、美空軍主要用於支援地面軍隊。1945年4月16日，美國駐歐戰略航空兵司令卡爾·安德魯·斯帕茨宣告對德戰略轟炸結束。為了進行這種戰役，斯帕茨和他的英國同僚阿瑟·特拉弗斯·哈里斯共指揮2.8萬架作戰飛機，133.5萬人。損失了4萬架飛機和9萬飛行人員。由於空中戰爭代價很高，用飽和轟炸摧毀德國人的意志又宣告失敗，使得戰爭結束後馬上遭受指責，說整個空中戰役是一種錯誤。然而正是法西斯德國首先對波蘭、荷蘭和英國進行大規模轟炸，正如杜努伊所說的：“德國的罪行是迫使西方世界處於進退兩難的地步，要么拒絕模仿他們的作戰方式，坐等滅亡；要么也採取這種方式，以殘暴對殘暴。” 。1944年7月——1945年4月，盟國空軍投彈量超過前幾年的總和。
結果
五年中，英美共出動轟炸機144萬餘架次，戰鬥機268萬餘架次，投彈270萬噸，其中136萬噸投在德國本土。對工業目標投彈量占13.7%，除最後階段轟炸石油工業效果顯著外，其餘均無明顯效果。對陸上交通線投彈量占32.1%，在戰爭後期取得明顯效果。對工業城市的投彈量占23.7%，其中對德本土61個10萬人以上城市投彈50萬噸，摧毀360萬戶民房，占德國住房的20%。據聯邦德國統計局1956年發表的數字，平民亡57萬人，傷88.5萬人。在對德戰略轟炸中，美國損失飛機1.8萬架，亡4.3萬人；英國損失飛機2.2萬架，亡4.7萬人。德國損失飛機5.7萬架。
大戰中，英、美是最早提倡戰略轟炸的國家，主張以此奪取戰爭勝利。德國投降後，美、英分別組織調查團調查轟炸效果，後經戰犯審判記錄及德國檔案印證，說明戰略轟炸並未取得預期效果，在頭四年德工業生產逐年增加，最後一年因目標集中，投彈量大，才對德國戰爭機器起了致命的作用。對德國城市的轟炸雖造成很大破壞，也沒有迫使其政府求和。實踐證明，戰略轟炸只有與地面軍隊的作戰行動相配合，才能收到預期效果。
戰略轟炸的效果如何對地面軍隊的作戰影響重大。盟國地面軍隊之所以能夠在諾曼第登入成功，美英對德國、法國和比利時鐵路系統的戰略性轟炸是重要因素之一。如果德軍能夠依靠鐵路系統將其裝甲部隊快速機動到美英登入地點，那么盟國所採取的隱蔽欺騙措施和突然性的作用就會大大下降，登入作戰的損失就會增大，這勢必會嚴重的影響到陸上作戰的進程和結局。戰略轟炸與地面軍隊作戰緊密配合，是諾曼第戰役勝利的重要因素。戰略轟炸不僅在與地面軍隊聯合作戰中，能夠對地面軍隊作戰產生重大影響，就是空軍獨立進行的戰略轟炸，其效果同樣可以影響地面軍隊的作戰。
分別於1944年5月和9月開始的對德國石油工業和鐵路運輸系統的戰略轟炸是由美英戰略航空兵獨立進行的。雖然這一轟炸的直接目的是摧毀德國的戰時經濟，但其效果對地面作戰也產生了重大影響。1944年12月，在阿登戰役中，德國為組織這次戰役，裝甲部隊正常的油料需用量為5個基數；但因油料短缺，只能提供約1.5個基數，這只是正常需要量的30%。由於美英對運輸系統的戰略轟炸，使德軍運輸力量極度緊張。僅能提供的1.5個基數的油料也因運輸困難，常常不能如數供應到裝甲部隊手中。由於缺少油料，進攻開始後，幾乎一半火炮無法跟進，只能留在進攻開始的陣地上。這樣，在進攻巴斯托尼作戰中，炮兵火力嚴重不足；加上油料短缺，嚴重妨礙了裝甲部隊的行動，結果始終沒能攻下巴斯托尼，致使盟軍取得了防禦作戰的決定性勝利。美英的戰略轟炸，使德國在蘇德戰場作戰中也感到油料短缺。1945年2月—3月，德軍由於油料短缺，嚴重地妨礙了其航空兵和裝甲部隊的作戰活動，這加速了蘇聯紅軍在西里西亞的勝利。為此，史達林曾評價說，美英對德國石油工業的轟炸，對加速蘇聯紅軍的勝利起了重要作用。
過去很多人，特別是蘇聯學者認為美英戰略轟炸，對德國戰時經濟影響很小，並以德國飛機產量在戰爭期間持續上升為例。不錯，在戰爭中，儘管美英對德國的飛機工業進行了大規模轟炸，但由於德國採取了一些措施，對飛機生產沒有造成多大的影響。但是由於航空汽油的極度缺乏，從1944年秋季起，德國的殲擊機對美英的轟炸機已無法進行普遍的迎擊。他們必須按兵不動，積蓄油料，過幾天才能再實施一次集中抗擊。所以，儘管1944年德國飛機產量上升到4萬多架，達到整個戰爭期間的最高峰，但由於油料極度缺乏，飛機生產的再多也沒多大意義了。坦克的情況也是如此。由於美英對德戰略轟炸所顯示的巨大威力，史達林曾經多次依據租借法案向美國提出要得到B-29戰略轟炸機，但是都被美國人以各種理由回絕了。1945年6月一架轟炸日本的B-29戰略轟炸機由於機械故障迫降在蘇聯遠東的海參崴。史達林如獲至寶，下令立即仿製B-29戰略轟炸機，於是蘇聯就有了圖-4戰略轟炸機。對此圖-4轟炸機的總設計師圖波列夫在事後不止一次地抱怨說，當時他可以自行設計出和B-29一樣甚至更好的戰略轟炸機，由於史達林的命令才不得不對B-29進行仿製。這從一個側面駁斥了蘇聯學者“對德國戰略轟炸無用論”的說法。
