根据自己的想法，米尔希提出了一份建设计划，要求到1942年时建成一支装备5000架一线飞机的空军，包括重型、中型和轻型轰炸机。基于在西班牙内战中吸取的教训，在米尔希的这份计划中，远程战斗机护航力量是一大关键因素。梅塞施密特Me 110战斗机被认为是一款初始设计优秀的机型，但米尔希却把他的希望寄托到了更强悍的Me 210（后改名为Me 410）身上，这种飞机将在1943至1944年间与德军的重型轰炸机几乎同时入役。不过事实证明，上述计划全然是徒劳无功。
梅塞施密特公司研制的Me 410“大黄蜂”双发战斗机，共生产了约1200架
米尔希的计划几乎还未结出任何硕果时，战争就爆发了。更有甚者，戈林嫉妒米尔希的成就，再加上他与希特勒融洽的私人关系，致使他开始打压米尔希的权威，并慢慢地把米尔希排挤到了幕后。没有了米尔希的组织能力和理性政策，德国空军便在发展后继乏力的情况下卷入了二战的烽火之中，不过其在战争伊始的实力还是颇令人畏惧的。但是，倘若要打一场持久战的话，德国空军的后备力量、训练、研究项目和后勤基础设施都是不完备、不充足的。更糟糕的是，德国空军缺少能修正其缺陷的领导力量。戈林把德国空军支援保障体系中能干的技术型管理者悉数代之以自己的心腹，后者缺乏专业经验和发现问题的能力，更不用说解决问题了。
闪电战
就是在这样一种态势下，1939年9月1日，德国空军投身到了战争之中。尽管存在种种缺陷，但德国空军的飞机和支援体系还是大大优于其对手们。在兵力方面，德军相对于其对手也是占据了优势的：德国人总是能够保证在天上有比对手更多的飞机，起码在战争的头两年是这样。一系列问题直到后来才逐渐浮出水面。
表1. 二战期间德国空军战斗机兵力的分配情况
注：正如上面表格中的数字所显示的那样，德国可用的战斗机兵力在整个战争期间并没有非常明显的增长。连续不断的战斗造成的消耗让德国人很难打造一支后备力量。这样一来，当某条战线上出现空中的紧急情况时，德军只能将其他战线上的飞机调过去应急。在二战中期，德国空军开始将其战斗机力量集中于本土，以抵抗英美对德国开展的轰炸机攻势。让德军流血不止的主战场还是东线，苏联空军正在缓慢地建设自身的力量。1944年，德军在地中海战区部署的飞机数量也增加了，不过这被意大利从这场战争中抽身的举动所抵消。德国空军承担了太多太多的任务，这也导致了战争末期其整个体系的崩溃。
德国空军确实为战争做了准备，其在战争初期所赢得的诸多战役胜利就是证明。在闪击波兰的战役中，德国空军先是摧毁了波兰空军的主力，然后转为执行对地遮断任务，摧毁波兰的部队集结地、后勤设施、通信设施和坚固据点。里希特霍芬麾下的飞行大队有效地执行了近距空中支援任务，极大地方便了德军在波兰中部地区的推进。短短两个星期之内，波兰军队便不再是一支能相互协同配合的作战力量了。在这种情况下，德国空军转入其作战的第三阶段，即粉碎波兰人的抵抗意志。1939年9月25日，德国空军对华沙城防和关键设施进行了大规模轰炸，两天后，这座城市陷落。
德军空袭华沙
波兰战役结束后，在闪击西欧之前，德国空军花了数月的时间，对若干部队单位进行了重新装备，组建了一些新的单位，并吸取了波兰战役中的经验教训。浮现出来的一大问题是，航空侦察单位遭受了不成比例的损失。尽管如此，在胜利带来的狂热情绪下，其他几个非常有意义的问题被忽略了。在波兰战役爆发前的几天里，德军情报部门未能发现波兰空军采取了分散布置的策略。德国空军的通信安全也说不上有多好。在战争临爆发时，维修保障部门的情况也是马马虎虎。不过，德国空军的领导层却把目光集中到了表现良好的方面上，他们进一步优化了近距空中支援的作战流程，并额外训练了一些执行此类任务的单位。
表2. 二战期间德国空军轰炸机和运输机的总兵力
注：表中的轰炸机包括水平轰炸机、俯冲轰炸机和对地攻击机
1940年的斯堪的纳维亚战役和西欧战役中，德国空军同样表现良好，无论在战术上还是在战役上。德国空军先后统治了挪威、丹麦、荷兰、比利时和法国的天空。一时间，德国空军看上去似乎是不可阻挡的。
很快，他们迎来了“不列颠之战”，在这场战役中，德国空军在组织和装备方面的短板暴露无遗。在对阵一支现代化空军时，“斯图卡”俯冲轰炸机、Me 110双发战斗机，以及除Ju 88之外的所有中型轰炸机都被证明是力有不逮的。Me 109战斗机被证明航程过短，难以深入英国领空纵深。情报机构的失误导致德国空军的指挥官们几乎无从获得一张关于英国皇家空军的组织结构、状态、弱点或意图的清晰画卷。
在“不列颠之战”期间，英国和德国飞机空战格斗后留下的尾迹
与之前的战局类似，在1940年夏秋季，纳粹德国空军逐渐在不列颠的天空中占据了上风，就在这时，戈林和希特勒的干涉却把一切都硬生生地拖入了严重的困境，并最终转变为一场灾难。由于将目标从空袭英国皇家空军的基地改为对伦敦和其他城市的无差别轰炸，德国空军失去了作战重心，并从不列颠的天空中被赶了出去。要想横渡海峡对英国发动入侵的话，必须获得制空权，不过德国空军再也不可能获得制空权了。“不列颠之战”尚未结束，德国空军便挥师东进，准备参加“巴巴罗萨行动”，即入侵苏联。
“巴巴罗萨”
1941年6月，出现在苏联天空中的德国空军实际上已经不再处于其实力的巅峰时期，他们的兵力分散在纵深广阔的整个欧洲地区。“巴巴罗萨行动”开始时，德国空军投入的飞机总数量几乎与前一年可用的飞机总数量相当（1941年6月21日为4880架飞机，1940年5月11日为4780架飞机，这里统计的机型包括战斗机、轰炸机、对地攻击机、海岸巡逻机和侦察机等）。德国国内的产能根本无法补充德国空军在二战初期几场战役中损失的飞机数量，其中尤以“不列颠之战”为甚。
更糟糕的是，德国空军的空降和空中运输单位在克里特岛空降作战中损失惨重，而“使用领航训练单位支援克里特岛作战”这一决定无疑在一段时期内给德国空军的训练工作造成了毁灭性的破坏，这一时期也恰恰是德国空军谋求迅速扩张发展的时期。在某些部队单位中，飞机的在航率不足65%；更严重的是，从战争一开始，燃料储备就不断处在下降状态。尽管德国空军的领导者们从未忽视空袭苏联工业核心地带的必要性，但他们不幸地发现，随着苏德战争的持久化，德国空军已然沦为了“救火队员”的角色，被用于支援形势更加令人绝望的地面战局。