第二次世界大戰是迄今為止人類歷史上規模最大的一次戰爭，參戰飛機的數量、質量、空戰的規模和戰果都是世界空戰史上空前的。空戰樣式多種多樣，空軍不僅能支援陸、海軍作戰，還能獨立進行空中戰役，空中力量開始從配角變成主角並全程使用。
1939年9月，第二次世界大戰爆發，空中力量首次大規模地參與了戰爭的全過程，取得了空前的戰果。
一、德國入侵波蘭的空戰，首個由空軍決定地面戰鬥勝利的範例
1939年9月1日，作為第二次世界大戰開端的德國對波蘭的"閃擊戰"中，德國首先出動700架飛機進行空中突擊。在戰爭開始的第一時間，德空軍首先出動3架飛機超低空轟炸了兩座維斯瓦河鐵路橋的路基，成功地阻止了波軍的炸橋行動。隨後，德空軍出動700架飛機突擊了波蘭11個空軍基地和21個機場。其中60架轟炸機在30架戰鬥機護航下，突擊了波蘭的克拉科夫機場，投下的96噸炸彈全部命中目標。同時，其它轟炸機轟炸了克羅斯諾、莫德洛夫卡、臘多姆、羅茲、斯凱爾尼維策、托馬舒夫、倫貝格、華沙奧肯切等機場，破壞了機場跑道、機庫、油庫和彈藥庫。下午，在華沙上空，波蘭空軍戰鬥機與德空軍戰鬥機進行了二戰中的首次空戰。當天，德空軍以大隊為單位戰鬥出動30次，其中17次襲擊波蘭空軍的機場，8次支援地面部隊，5次攻擊波蘭海軍。
第二次世界大戰中的德軍戰機
德國空軍在奪取制空權後，積極對地面部隊實施直接支援。德空軍轟炸了波蘭軍隊的通訊網絡和一線機場的作戰指揮通信系統，使波軍的通信中斷，無法實施集中統一的作戰指揮。德空軍還猛烈攻擊了波蘭的城市、鐵路樞紐、軍火庫、橋樑、渡口、運動中的部隊，使波軍陷於絕境。9月1日，德空軍強擊機攻擊了邊境線上波軍固守的潘基村，這是二戰中空中力量首次對地直接攻擊。
德國空軍對地面部隊進行的史無前例的大規模支援，取得了令世人震驚的效果，使德軍裝甲部隊在短短一週內，就突破了波蘭防線前進220多公里。9月16日至17日，德空軍每天出動數百架飛機轟炸波軍的波茲南集團軍，迫使波軍17萬人投降。9月25日，德空軍出動飛機1000多架次對華沙進行猛烈轟炸，投下560噸炸彈和72噸燃燒彈，使華沙陷入一片火海之中，迫使波蘭最終投降。
這場戰爭成為空中戰爭的一個創舉，是戰爭史上第一個由空軍決定地面戰鬥勝利的範例。
二、德國入侵西歐的空戰
第二次世界大戰中德軍對西歐實施閃電戰
1940年5月10日至6月24日，德國對西歐的法國、荷蘭、比利時、盧森堡諸國實施的"閃擊戰"，仍然以出動3000架次飛機突施猛烈的空中突擊拉開戰爭的序幕。隨後，德空軍持續保持高出動量。
在荷蘭方向，5月10日當天，德空軍僅運輸機就出動了309架，用於實施機降作戰。儘管在兩天的作戰中，德空軍損失了167架運輸機，但德軍的空降作戰行動仍保障了地面部隊向荷蘭縱深挺進。5月14日，德空軍100架飛機在8分鐘內向鹿特丹投下了97噸炸彈，造成市中心的一半建築物被毀，S00人死亡。荷蘭在5天內就淪陷。
第二次世界大戰中的德軍運輸機
在比利時方向，1940年5月10日，德空軍出動41架運輸機拖曳著滑翔機運載突擊隊實施機降作戰，炸燬了比利時的幾處關鍵要塞，掩護地面部隊向前推進。到18日，比利時空軍大部分部隊的飛機全部損毀。歷經18天，比利時被迫投降。
在法國方向，1940年S月10日，德空軍出動3500架次飛機，對法國空軍機場進行攻擊，擊毀大量飛機，奪得制空權。此後，德空軍除主要用於支援地面部隊作戰外，還對鐵路和公路進行轟炸，阻止法軍向前線調動部隊、運輸補給;對法國航空工廠進行轟炸，使其陷於癱瘓狀態，在整個戰爭期間無法完全恢復正常生產。5月13日，德空軍又出動S00多架飛機，對法軍進行了5個多小時的猛烈轟炸，掩護己方陸軍順利渡河建立登陸場。
敦刻爾克大撤退期間，德軍出動800架飛機實施轟炸
從5月26日到6月4日，在英、法軍敦刻爾克大撤退期間，德國空軍共出動800架飛機實施轟炸。英空軍則高強度地連續出動2739架次飛機進行護航，以損失237架的代價，擊落德空軍飛機140架，掩護海軍將33.8萬英、法軍隊撤退到英國。到敦刻爾克撤退為止，法國空軍共損失飛機500餘架。德國空軍損失也比較大，僅在1940年S月間，就損失了空軍總兵力的20.2%，其中，轟炸機兵力損失27.4%。在歷時39天的法國之戰中，法國空軍損失飛機810架，損失飛行員約800名；英國空軍損失飛機959架。
三、蘇德戰場空戰
蘇德戰場中的輕型轟炸機
1941年6月至1945年5月的蘇德戰場空戰是空戰史上參戰飛機最多、規模最大、爭奪最激烈的空中鬥爭。蘇德戰場上空遮天蔽日的機群大戰控制了整個戰爭的進程。德國對蘇聯實施航空兵和裝甲兵聯合作戰的"閃擊戰"，在戰爭一開始就奪取了戰略制空權，使蘇聯空軍損失慘重，陷於被動。為扭轉戰局，蘇聯空軍同德國空軍進行了長時間的爭奪制空權的鬥爭，其規模之大、時間之長是世界空戰史上所沒有過的。蘇聯空軍在莫斯科、斯大林格勒、庫班、庫爾斯克空戰中，通過集中兵力、使用新的飛機和空戰戰術以及進攻性空戰，逐步奪得戰役制空權，最終奪取戰略制空權，為蘇德戰爭乃至整個二戰的最終勝利創造了條件。蘇、德爭奪制空權的鬥爭分為三個階段。
- 第一階段從1941年6月22日至1942年I1月，德國空軍保持戰略制空權，而蘇聯空軍至莫斯科會戰才第一次奪取戰役制空權。
第二次世界大戰中的蘇聯空軍
德國在戰爭一開始就力求奪取空中主動權，把空軍的主力集中用於對最重要的機場實施突然的密集突擊。德軍共集中了5000架飛機對付蘇聯，其中將近一半用於突擊機場。蘇聯空軍損失極為慘重，開戰的第一天就損失飛機1200架，僅在機場上就被擊毀800架。德國坦克部隊在空軍的支援下，第一天就向蘇聯境內推進了20至50公里。在戰爭開始階段，蘇軍以殲擊航空兵的積極進攻性空戰和對每個方面軍所轄範圍內的敵機場實施週期性的突擊來抗擊德國空軍的密集打擊。6月22日至7月10日，蘇空軍用37.1%的戰鬥出動架次即4.7萬架次抗擊德空軍，在空戰中擊落德機752架，在機場擊毀348架，突擊德軍坦克縱隊2112架次，投彈1萬噸，自己損失飛機3500架。
莫斯科保衛戰
在莫斯科保衛戰中，經過歷時三個多月的頑強較量後，德軍在空戰中和在機場上損失飛機達1600多架。在蘇空軍掌握了戰役制空權的情況下，德空軍仍然傾盡全力向被圍德軍提供支援。從2月20日至5月18日，德空軍進行了高強度的軍事空運，共出動飛機1.44萬架次，運送糧食、彈藥、武器2.4萬噸和汽油2400萬公升，運出傷兵2.2萬人。空運過程中，德軍損失飛機265架，傷亡飛行員383名。這次高強度的軍事空運，使德軍得以堅守傑米揚斯克，成為戰爭史上第一次成功的大規模空中救援補給行動。德空軍雖然在莫斯科方向喪失戰役制空權，但是仍然保持著蘇德戰場的戰略制空權。
在斯大林格勒防禦戰役開始時，德軍配置飛機1200架，不僅數量比蘇聯空軍多1倍，而且還在質量上佔有優勢。但蘇聯空軍採用快速對頭攻擊的新戰術、裝備新式戰鬥機、改進強擊機性能等措施，減少了戰鬥損失。蘇空軍共出動飛機7.7萬架次，投彈2.3萬枚，發射火箭彈3.8萬枚、加農炮彈120萬發、槍彈400萬發，擊毀德機1400多架。
這一階段，由於蘇聯空軍積極的進攻性行動，德國及其盟國損失飛機1.5萬多架，而在同一時期其他所有戰區，他們總共才損失3400架，只相當於蘇德戰場損失數量的22.7%。
- 第二階段從1942年11月至1943年8月，蘇聯空軍通過斯大林格勒、庫班、庫爾斯克戰役，從奪取戰役制空權到完全奪取戰略制空權。
第二次世界大戰中的蘇聯空軍
在斯大林格勒戰役中，1942年11月25日以後，蘇空軍積極進行戰鬥活動，平均每天出動飛機800架次，而德空軍平均每天僅出動115架次。在整個斯大林格勒會戰中，蘇聯空軍共消滅德軍近3000架飛機，再次奪取戰役制空權，確保蘇軍獲得會戰勝利，並從根本上改變了蘇德戰場的戰略形勢，掌握了戰略主動權，為奪取戰略制空權奠定了基礎。
在庫班交戰中，雙方都特別注重以大編隊的方式密集使用航空兵。僅1942年4月17日一天時間，德空軍就出動飛機1000架次突擊登陸場，蘇空軍出動1427架次同德空軍進行85次空戰，擊落德機50架a4月29日的空戰尤為激烈，蘇空軍共出動飛機1308架次，德空軍出動539架次，雙方進行了50次空戰，德機共被擊落74架0此後，蘇空軍每天都以高出動量出擊，雙方每天進行編隊空戰達40次以上，每次參戰飛機為50架至80架。庫班空戰持續了兩個多月，空戰的次數和雙方參戰飛機的數量之多、空戰的規模之大，在蘇德戰爭中都是創紀錄的。在此期間，蘇空軍共出動3.5萬架次，與德空軍進行734次空戰，共擊落德機1100架。蘇空軍奪得蘇德戰場的戰略制空權，為蘇軍戰略大反攻打下了基礎。
庫爾斯克會戰
爭奪制空權的鬥爭在庫爾斯克會戰中達到了白熱化的程度。蘇聯空軍在1943年4月、5月和6月，在南方和中央方向進行了三次大規模空中戰役，使德軍損失了1000多架飛機。
僅在1943年5月6日至8日，在1200公里的戰線上蘇軍就有6個空軍集團軍參戰，是蘇德戰爭中規模最大的空中戰役。隨著德軍轉人進攻，僅7月5日就發生了175次編隊空戰，有279架德機被擊落。在庫爾斯克會戰中，蘇聯空軍共消滅德軍飛機3700多架，有力地支援了地面部隊取得勝利。
- 第三階段從1944年春至1945年德國投降，蘇聯空軍在保持戰略制空權的前提下，繼續爭奪戰役制空權，遂行了支援地面部隊作戰、軍事空運等任務，徹底擊敗德國空軍。
柏林戰役
在1944年春至1945年5月的戰略反攻期間，蘇空軍共出動飛機147萬架次，投彈1833萬枚，在空中和機場消滅德機2.1萬架。僅1945年，蘇前線航空兵平均每月出動14.7萬架次，而德空軍僅出動1.5萬架次。1945年4月16日柏林戰役開始時，蘇軍創造了一天出動飛機1. 75萬架次的最高記錄，空戰1317次，擊落敵機1132架。大規模的空中戰略反攻給德空軍以毀滅性打擊，迫使德軍投降，同盟國方面最終贏得歐洲反法西斯戰爭的勝利。
在整個蘇德戰場空戰中，蘇空軍共出動飛機312.4萬架次，投彈66萬噸，擊落德機5.7萬架，取得了輝煌的戰果。
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