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丘吉尔称，不列颠战役“是关系英国存亡和世界自由的著名战役”。在战役开始前，英国和德国空军可谓势均力敌、旗鼓相当。然而，经过血拼，英国空军赢得了最终的胜利，与德国空军战机的损失比为1:2，即德国空军多损失了一倍的战机。虽然英国空军最终取胜的原因有很多，但总有一个最为关键的原因。尽管对最关键原因的评说人人言殊，但是总存在一个为多数人所认可的主流评说。这里，不妨听听二战亲历者和军事史学家是如何评说的。
1939年9月1日，二战爆发。为了有效应对德国的“海狮”入侵计划，英国空军仔细评估了可供选择的防空样式，一是制空于地，出动轰炸机一举将德军作战飞机毁于地面。不过，英国空军尚不具备此种实力和能力；二是制空于空，出动战机，日夜在空中保持巡逻，随时准备歼灭入侵之敌。然而，这需要大量的人力、物力和财力，且难以持续；三是以地制空，运用防空本土链雷达网能及时发现入侵之敌的信息优势，优化调度和配置防空作战资源，准确把握拦截作战的时机及作战节奏，以逸待劳，集中用兵，始终保持空中作战的主动权。显然，应选用第三种防空样式。这种防空样式虽好，可在当时还是一种全新的样式，其效能主要取决于新建成的防空本土链雷达网能否如预期的那样充分发挥先敌感知优势，及时发出防空预警，准确引导战斗机拦截作战。
为此，英国空军组织了一系列防空演习，旨在将新建的防空本土链雷达站尽快融入防空作战体系。为了及时、准确和连续地发现、识别和跟踪来袭目标，就必须有一个雷达情报中心对来自不同雷达站上报的、经常是冗余的，有时甚至是相互矛盾的空情信息进行过滤、处理和综合。例如，两个相邻雷达站报告同一批来袭轰炸机编队时，其报出的位置信息会有所不同，如果不进行识别和综合处理，就有可能误将其当成两批来袭目标。
早在1937年8月，英国空军就在鲍兹组建了第一个试验性的雷达情报中心。随着沿英吉利海峡部署的第一批5个防空本土链雷达站开始担负战备执勤，这个中心搬入了位于伦敦郊外的空军战斗机司令部地下指挥所。英国空军将本土防空划分为6个防空区，每个防空区下辖若干个防空分区。每个防空区部署一个战斗机大队，每个大队负责2至7个防空分区，每个防空分区部署1至4个战斗机中队。每个防空区的雷达情报分中心，负责收集处理责任区内各雷达站上报的空情信息，为防空分区分配拦截作战任务，并将综合后的空情信息上报雷达情报中心。雷达情报中心综合各防空区上报的空情信息，形成英国本土空中态势图，为指挥员掌握空中全局情况，调配作战资源，下定本土防空作战决心提供决策支持。有了雷达预警，英国空军可以只把三分之一的战斗机中队部署在英格兰南部的前线机场，而把其余兵力梯次部署到不列颠中、北部机场，作为预备力量。这种分散、梯次部署的方式，不仅有利于整个群岛的防空，还可以更安全和更灵活地调用预备力量，接替在前线受损的兵力。以雷达网为依托，利用雷达情报流将指挥控制、空中截击、地面拦击连在一起，整合成一个完整防空系统的构架，使防空的效率与效能得到质的提升。这种全新的防空组织形式，在世界防空史上是一次创新，虽然还处在运转磨合期，但已经具备了现代防空系统的雏形。
在不列颠战役爆发之前，英国空军拥有各型战机1200余架，平均每天可升空作战的飞行员600余名、高炮2000余门、雷达60余部。德国空军拥各型战机2600余架，是英国空军战机数量的两倍多。德国空军装备的战斗机主要是梅塞施密特-109、梅塞施密特-110，英国空军装备的战斗机主要是“飓风”和“喷火”。这些战斗机的战技性能各具特点，水平基本相当。
1940年7月10日，不列颠战役拉开了序幕，至8月12日构成了不列颠战役前的试探阶段。在这一互相试探阶段，德国空军要达成的主要作战目的是，查明英国空军的部署，了解其防空作战能力。英国空军在此阶段主要是验证雷达的预警能力，摸索使用地面雷达引导空中拦截的方法，并检验其效能。通过作战实践，英国空军发现了空情组织传递过程中存在的问题，及时进行了改进和完善。例如，1940年7月11日，有一个雷达站发现并上报一批空情，但是却没有报出具体的架数。防空区指挥员判断为敌机一批架，令防空分区派出6架“飓风”战斗机升空拦截。可是，实际出现的敌机不是一批架，而是一批由40架战斗机和轰炸机组成的机群。
1940年8月12日9点，德国空军第210试飞大队首先袭击了部署于英国南部海岸多佛尔、佩文西和莱伊的雷达站，雷达站的简易营房被摧毁，雷达停止工作。中午时分，15架容克88型轰炸机袭击了部署于怀特岛文特诺的雷达站，雷达天线被炸飞，雷达工作室起火燃烧，雷达站花了3天的时间才将雷达修复。德国空军没有发现攻击雷达站的价值，也没有利用和扩大这一攻击的战果。
1940年8月13日至9月6日，为不列颠战役第一阶段。德国空军要达成的作战目的是消灭英国空军主力，夺取制空权。在这一阶段，对英国雷达有所察觉的德国空军，持续对英国南部沿海部署的防空本土链雷达站实施了攻击，试图摧毁英国南部的雷达网。
1940年8月13日，德国空军出动容克轰炸机继续攻击英军机场和沿海岸线部署的雷达站，但未能阻止地面雷达引导战斗机的拦截作战，英国空军以损失14架战斗机的代价，击落德国空军战机43架。
1940年8月15日，德国空军第1、2轰炸机联队袭击了部署于肯特郡的雷达站及周围的城镇。德国空军损失战机72架，英国空军损失32架。
1940年8月16日，德国空军再次猛烈攻击位于肯特郡、汉普郡和苏塞克斯郡的机场和雷达站。由于空中投弹很难直接命中雷达天线塔架，加上英军组织严密的地面防空火力，德国空军未达成摧毁雷达站的预期目的。
1940年8月18日，德国空军第77轰炸机联队，炸毁了防空本土链中的一个关键雷达站——波林站，这对英格兰南部的防空体系构成了巨大的压力。波林站一直到月底才恢复运转。
1940年8月30日，英国空军经历了不列颠战役中最为惨痛的一天。当天，有5个防空分区的6个雷达站遭到猛烈空袭，损伤十分严重，英国南部的雷达网濒临崩溃的边缘。
在1940年8月24日至9月6日的空中攻防作战中，英国空军飞行员103人战死，128名重伤，466架“飓风”和“喷火”战斗机被击毁或损伤严重。道丁上将事后坦承，如果德国空军继续保持空中进攻战略目标不变，已遭重创的英国空军可能无法继续组织有效抗击。
就在这攸关英国命运的时刻，两起不相关的偶然事件，为英国赢得了喘息之机。
首先，德军情报部门获悉，在英国沿海架设的雷达天线高塔，虽被炸得千疮百孔，但仍在辐射雷达信号。实际上，英军采用了欺骗战术，在受损雷达站架设了普通的发射机，通过继续辐射信号，佯装雷达站没有停止工作，诱导德军情报部门得出错误结论：尽管付出了重大代价——德国空军摧毁了若干雷达站，但其核心部分位于地下，仍照常运转，并未对英国的防空系统构成实质性影响。德国空军司令戈林向司令部参谋人员发话：“是否继续攻击雷达站值得打一个问号。按照收集到的证据，遭到攻击的雷达站迄今没有一部丧失工作能力。”德国空军随即停止了对雷达站的进攻。
其次，1940年8月24日，德国空军轰炸机在执行轰炸罗彻斯特及储油设施任务时，阴差阳错地飞越了泰晤士河，最后将炸弹投向了伦敦。这一举动激怒了丘吉尔，他下令在第二天晚上及接下来的一周，出动轰炸机空袭柏林。这些轰炸并没有给柏林造成太大的损失，却令希特勒痛感颜面大失，发誓要实施报复。德国空军情报局长等人认为，在彻底打垮英国空军之前，对英军的机场及防空设施的攻击不应停止。然而，戈林还是执意按照希特勒的意思行事，将空中进攻的主力及打击的重点目标转向了伦敦。
1940年9月7日至10月底，不列颠战役转入第二阶段。在此阶段，德国空军试图通过大规模空袭伦敦，迫使英国屈服。1940年9月7日下午，德国空军出动348架轰炸机，在617架战斗机的掩护下，对伦敦进行了连续12小时的狂轰滥炸。伦敦城里多处起火，火光熊熊。空袭造成近360人死亡。在1940年9月8日和9日夜晚，德国空军继续猛烈轰炸伦敦，又造成近800人死亡，伦敦损失惨重。不过，德国空军空袭目标的转移，无意中为道丁赢得了宝贵的喘息之机。等到戈林重新将打击重点目标对准英国空军有生力量时，英国空军机场的基础设施经过抢修，基本功能得以恢复；防空本土链雷达网也得以重组和恢复；一批有生力量充实了防空预备队，英军的防空系统重新焕发活力。
1940年9月15日是一个星期天，这天天气晴朗，德军将发起新一轮大规模空袭。日理万机的丘吉尔首相下决心把手头的事情先放一下，驱车前往驻扎于尤科斯布里奇空军基地的第11战斗机大队，想亲身体验一下防空作战的实况。部署于该基地的防空区指挥所，负责组织实施英国南部及首都伦敦的防空作战任务，下辖6个防空分区和25个战斗机中队。显然，在6个防空区中，该防空区最为关键，任务也最重。丘吉尔跟随第11战斗机大队指挥员凯斯·帕克少将进入了距离地面约15米深的地下指挥所。当二人沿着扶梯往下走的时候，帕克告诉丘吉尔：“不知道今天会有何战事。目前平安无事。”
地下指挥所外观像是一个两层的小剧场，一层是空情处理室及表图大厅，二层是指挥、控制室。丘吉尔来到位于二层正中间的一间屋子，透过玻璃，可以看见楼下大厅空情标图桌。空情标图桌上铺着一张包括英国本土、法国北部及比利时和荷兰沿海的大比例尺地图，上面用间断线划分出了英国南部及相邻防空区的责任范围。20多名头戴耳机的男兵及妇女辅助队队员，每人手握一支木耙，围绕在标图桌旁标图，不时将代表英军和德军战机的木制标牌移动到地图上的相应位置。其中，英国空军中队用一块A形木牌表示，在一侧标示的数据，分别表示飞行高度以及批号，顶上插着一面小旗，用红色标明的数字代表中队代号；德军战机用圆木块表示，上面标示的数据，如“30+”或“40+”分别表示德军战机30多架或40多架。用这种方式，将复杂的空中态势清晰地展现在标图桌上。在一层其他屋子里，挤满了专门负责接收、处理各雷达站上报空情的士兵，他们按照每分钟一次的传递速率将综合后的空情报给标图桌旁的标图员。
一层大厅，正对着二层指挥室的墙壁上覆盖了一块大黑板，上面划分为6列。每列代表一个防空分区，每列下面的行，代表防空分区所辖的战斗机中队，每个战斗机中队所在行，又细分出7个子行，代表其所处的具体状态。当位于第7子行上的灯点亮时，表示该中队已做好一等战斗准备，能够在两分钟内上升作战；当位于第6子行上的灯点亮时，表示该中队已做好二等战斗准备，能够在5分钟内升空作战；当位于第5子行上的灯点亮时，表示该中队已做好三等战斗准备，能够在20分钟内升空作战；当位于第4子行上的灯点亮时，表示该中队已经升空；当位于第3子行上的灯点亮时，表示该中队已经发现敌机；当位于第2子行上的灯——红色灯——点亮时，表示该中队正在交战；当位于第1子行上的灯点亮时，表示该中队正在返航。在黑板的右侧显示着最新的天气预报信息，以及防空气球施放的高度等数据资料。黑板上还挂着一个对时用的时钟。
用玻璃墙隔断的左边屋子，是对空观察情报室，有4至5名军官负责分析和判断所收到的对空观察情报。当时，有5万多人在对空观察哨服役，他们依靠望远镜和电话机上报深入英国内陆上空的敌机情报（受早期雷达水平制约，部署在沿海一线的雷达站还无法掌握其背后的空情）。1941年10月18日，时任驻英国大使顾维钧，参观了爱丁堡地区民防司令部指挥所。那里的军官人数不多，秩序井然。指挥所配备了标图桌和一个电话交换台。标图桌上铺有一张英国本土地图，并以1平方英里（约2.6平方千米）为单位将其划分成网格状。一旦收到对空观察哨上报的敌机情报，由标图员用直尺和笔将其标注在相应的方格上，同时向防空区指挥所报告，并向相邻地区的民防司令部通报。
用玻璃墙隔断的右边屋子，是由陆军负责的高炮部队指挥室。值班军官负责组织与空军的协调，按照事先规定的空域和高度，区分防空作战任务，以防误伤。
1940年9月15日，大约在中午11点，空情标图员开始忙碌起来，雷达上报的空情显示，40多架敌机正从迪耶普地区机场方向飞来。依据战斗机中队在第7子行上灯点亮的数量，可知有若干个战斗机中队将在2分钟内升空迎战。不久，雷达上报的空情显示，又分别有20多架和40多架敌机飞来。顿时，在英格兰南部地图上布满了双方战机的指示牌。空情标图员每分钟更新一次空情态势信息，敌情仍连续不断地出现在标图桌上，40多架、60多架，最多的一批为80多架。
11点30分，根据黑板上的灯显示，已有两个中队正在实施拦截作战，另有9个中队已经飞临待战空域并发现敌机。依据“飓风”战斗机的性能指标，起飞后，大约需要花10分钟的时间才能爬升到6千米的高度。
随着空战的激烈展开，帕克少将不时下达调配使用战斗机的补充指示。一位作战参谋依据其指示，拟制成具体的作战命令，并下达给防空分区。作战参谋还根据标图桌上出现的新情况，传令相应中队立即升空至待战空域巡逻。帕克在屋子里来回踱步，警惕地注视着空中瞬息万变的战况，检查作战参谋下达的口令是否正确及各中队执行命令的情况。转眼间，帕克手中的预备队已悉数投入战场。黑板上的灯显示，有些中队已经开始返航，机场要做好加油和重新装弹的准备。帕克拿起电话直接向空战指挥部的道丁报告当前战况，请求从邻近的防空区抽调3个中队归其指挥，以防返场加油的中队遭敌偷袭。虽然邻近防空区的兵力也很紧张，道丁还是同意了帕克的请求。未几，新转隶作为预备队的3个中队也投入了空战。丘吉尔从帕克脸上的表情觉察到其心中的焦灼不安。一直观战不语的丘吉尔开口问道：“我们还有其他预备队吗？”“没有，一点也没有了。”帕克摇摇头回答。丘吉尔听后，心情十分沉重。丘吉尔在二战回忆录中写道：“我当时十分焦虑，如果返场加油的飞机遭遇40多架或50多架敌机的突袭，那么我们将损失殆尽！”
5分钟后，帕克的战斗机中队大部分已经降落在机场上，加油车、弹药车在跑道上来回穿梭，飞行员在抓紧时间喘息。此时的机场上空一览无余，帕克已经派不出任何掩护机场的兵力了。“遭袭的可能性极大，幸免的机会极小，生死存亡悬于一线。”丘吉尔这样追忆当时的心境。突然，标图桌上的最新空情显示，德军机群开始掉头向东运动，防空区内没有出现新的来袭编队。又过了10分钟，这场空战终于画上了句号。当丘吉尔如释重负地回到地面上时，空袭解除的警报正好拉响。“首相，我们很高兴，你能亲自临阵督战。”帕克说道，“当然，在最后的20分钟，空情实在太多，我们已经捉襟见肘。你一定看出了我们力量的极限所在。今天的空战已经远远超出了我们力量的极限。”
16点30分，身心俱疲的丘吉尔回到契克斯的住所后，上床倒头就睡，直到晚上8点才醒来。他的私人秘书约翰·马丁拿着一摞世界情况汇总向他做晚间汇报。“尽是些不如意的消息。”丘吉尔后来回忆道，“不是这里出了问题，就是那里误了时机，或是某某的答复令人不满意，再就是大西洋上又有许多船只沉没。”不过，马丁在结束报告时说：“这一切都由今天的空战补偿了。我们一共击落敌机183架，而自己只损失了不到40架。”后经核实，当天实际击落敌机56架。不过，1940年9月15日仍然是不列颠战役中十分关键的一天。因为，就在两天后，希特勒决定无限期地推迟入侵英国的“海狮”计划。
根据白天的观战情况，丘吉尔口授了一封信，发给内阁秘书处军事组雅各布上校：
“（1）一年多前，我们全都认为，不久在内陆地区就可以遍设雷达站。然而，现在依然完全依靠对空观察哨。不错，对空观察哨成效显著，但是，遇到像昨天那样的天气，就难以观察准确。我相信，如果在内陆地区哪怕只建五六个雷达站，就会为空中拦截作战带来莫大的好处。这对于威特海角的希尔内斯岛上空而言尤为重要，因为这里可能是进袭伦敦的主要航路。据我所知，有些雷达站存有两套设备，以作备份之用，或许可以重新调配这些备份雷达，用在其他需要的地方，将其投入防空作战，我认为此事非常紧迫。
“（2）明天是周一，空军费尔德中将应召集科学界相关权威人士讨论，并于当天向我报告：①在内陆地区建立雷达站的必要性；②建成后的实际效用，即或在只能建少数几个雷达站的情况下，有效发挥作用所需的时间。他应拿出方案，尽早使6个或12个雷达站在内陆地区投入战斗，同时，还要组织好备份雷达的储备。
“（3）如果提出的方案计划切实可行，我将亲自交给飞机生产大臣。”
丘吉尔对雷达使用和建设的思考并非观战后的临时起意，实际上，为了指导1941年的军需工作。1940年9月3日，即在不列颠战役犹酣之际，丘吉尔就发布了一项关于军需工作优先权的指示：“鉴于德国陆军和空军装备规模巨大，我们的任务，正如军需大臣所提醒的那样，确实十分艰巨。不过，这次战争绝不是一场双方投入大批人员，相互发射大量炮弹的战争。唯有发明新武器，尤其是借助科学的指导，才能最有效地应对敌人的数量优势。例如，正在从事的一系列发明，以便在空中或地面，在任何能见度的条件下，也能发现和命中敌人的飞机。如果这些发明能够实现我们的预期目标，则不但战略形势，而且军需情况也会发生极大改观……因此，我们必须像优先重视空军那样，重视前途无量的雷达领域，实际上，它也是空军的一个主要组成部分。延揽优秀科研人员，加强对研究人员以及操纵此类新兵器人员的培训，是我们应当优先考虑和努力工作的方向。”从中不难看出，雷达在丘吉尔心目中所具有的重要地位。
要量化分析评估，雷达在不列颠战役中所发挥的作用实为不易，然而，依据逻辑推理，可以做出定性的分析评估。在不列颠战役发起前，英国空军和德国空军可谓旗鼓相当，不相上下。德国空军在飞机和飞行员数量上占有优势，数量之比接近2:1；英国战斗机在质量上略占优势，但远未达到“代别差”的程度；在指挥员、飞行员及参谋人员的素质和训练水平上，两国空军难分伯仲，就士气而言也基本相当。总的来看，在不考虑雷达的情况下，开战前，两国空军的实力基本持平，处于一种均势状态。按照这一前提条件，不列颠战役的空战损失比应该是1:1，而实际损失比却是2:1，即德国空军多损失了1倍的战机。在势均力敌的情况下，为什么会出现这样的结果，恐怕只能从英国防空本土链雷达上去找原因。因为，相对于德国空军，英国空军对空中战场的感知能力更及时、更强大。用当今的术语讲，就是空中战场环境对英国空军形成了单向透明。正是由于雷达的发明与运用，才使天空由不可防御转变为可以防御；正是由于雷达夺取了空中信息优势，英国空军才能以逸待劳，以合适兵力，在合适时机，合适空域，实施最有效的拦截。德军战机同英军战机的空战损失比，才会成为2:1，而不是1:1。雷达为不列颠战役的胜利做出了实质性和关键性的贡献。
在不列颠战役中，时任德国空军第3航空队作战部长，后出任德国空军参谋总长的维尔纳·克莱佩在回忆录中说：“在整个不列颠战役的日间作战阶段，最让我们感到头痛的意外可能就是雷达的出现了。这在当时是一种新发明，而我们对其却一无所知。在德国战斗机和轰炸机临近英国空域时，它能够及时向英国人发出预警。雷达的投入使用，使英国空军可以识破德军的佯攻，并将力量集中在真正需要的方向。因此，英国空军的效率至少提高了两倍。”美国军事史学家詹姆斯·莱西和威廉森·默里在《激战时刻：改变世界的二十场战争》一书中说，在不列颠战役中，“英国拥有的最大优势在于过去5年里构想和发展的一套防空体系。从技术角度讲，雷达为英国的胜利做出了重要贡献。由雷达和对空观察哨获取的空中情报，使英国空军能更好地组织协调防空各要素的反应，从而能最有效地应对德国空军发动的猛烈空袭。”