二战期间的空中战斗主要通过战斗机格斗、轰炸机突袭、防空作战以及航母舰载机对决等多种形式展开。战斗机之间的空战通常包括搜索、接敌、攻击和退出战斗等阶段，飞行员需要依靠目视或机载设备发现目标，并通过机动占据有利位置进行攻击。轰炸机则主要执行战略轰炸任务，针对敌方工业、能源和城市设施进行打击，往往需要战斗机护航。防空作战则通过高炮、雷达和拦截机等组成严密火力网，抵御敌方空袭。太平洋战场上，航母舰载机的海空对抗成为新型作战模式，改变了传统海战形态。
空中战斗的战术运用随着战争进程不断演变。德国在战争初期采用闪击战模式，将空中力量与地面装甲部队紧密结合，通过突袭敌方机场夺取制空权，再以斯图卡俯冲轰炸机支援地面推进。苏联在莫斯科防空作战中构建了包含航空兵、高炮和雷达的综合防御体系，有效拦截德军战机。英美对德战略轰炸则采用夜间出动、白天精确轰炸的混合战术，逐步削弱德国战争潜力。太平洋战场上，美军通过中途岛等战役确立了以航母为核心的远程打击体系，舰载机成为海战决定性力量。
技术装备的发展深刻影响了空中战斗形态。Fw-190等新型战斗机的出现提升了空战机动性，机载雷达的应用使夜间空战成为可能。英美开发的E-3预警机显著增强了战场态势感知能力，能远距离识别敌机并引导拦截。脉冲多普勒雷达实现了非接触式目标识别，减少了误伤风险。航空母舰的改进使舰载机作战半径扩大，鱼雷机、俯冲轰炸机等多机种协同成为海战标准配置。这些技术进步使得超视距攻击和体系化作战逐渐取代传统的近距离格斗。
空中战斗的结果往往直接影响战役走向。不列颠战役中英国皇家空军的顽强抵抗迫使德国放弃入侵计划；库班空战中苏军通过大规模机群交战夺取制空权；中途岛海战美军舰载机击沉日军航母扭转太平洋战局。战略轰炸虽未能立即摧毁敌方士气，但对石油工业和交通系统的持续打击显著削弱了德国和日本的战争持续能力。这些战例证明，现代战争已发展为立体化作战，制空权的争夺成为决定胜负的关键因素。
战后军事理论界对二战空中战斗经验进行了系统总结。空地协同、电子对抗、航母战术等创新战法被纳入各国空军条令，雷达预警系统和导弹技术的发展进一步改变了空战形态。二战确立的制空权理论至今仍是现代战争的核心原则，而这场战争中飞行员展现的勇气与技术，也成为航空军事史上永恒的课题。
