当德国海军投入战争时，主要兵力为：4艘战列舰（沙恩霍斯特号、格奈森诺号、俾斯麦号、蒂尔匹茨号）；3艘万吨级袖珍战列舰（德意志号、舍尔海军上将号、施佩伯爵号）；3艘重型巡洋舰（希佩尔海军上将号、欧根亲王号、布吕歇尔号）；另外还有6艘轻巡洋舰、26艘由商船改装的辅助巡洋舰和其他一些辅助舰只。当德国进行潜艇战时，德国海军潜艇部队司令邓尼茨手里只有56艘潜艇。
英国战时的生存和继续作战完全依赖于海上运输的保障，德国海军的战略任务是切断英国的海上“生命线”，使英国陷于瘫痪。具体战术是将大型战斗舰只单独派往英国海上运输线上，坚决避免同对方主力舰只交战，专打敌方的货船，采取打了就跑的游击战法。战争爆发后，德国海军就开始袭击英国商船，在大西洋上游弋的袖珍战列舰“德意志号”和“施佩伯爵号”屡屡得手，迫使英国海军出动以“皇家方舟号”和“竞技神号”两艘航空母舰为主的、包括法国和新西兰舰只在内的11艘大型水面舰只，在大西洋上搜捕“施佩伯爵号”。1939年12月13日，英国两艘重巡洋舰和两艘轻巡洋舰在南美洲的普拉塔河口附近拦截并击伤“施佩伯爵号”，后者退入乌拉圭的蒙德维的亚港，请求停留72小时，但被乌拉圭政府拒绝。12月17日下午，在英国舰队虚张声势的进逼下，感到绝望的德国人自己炸沉了“施佩伯爵号”。以后数月里，德国暂时放弃海上袭击舰的使用。
当“施佩伯爵号”尚在搜寻猎物时，10月14日，德国U-47号潜艇击沉英国“皇家橡树号”战列舰，舰上786名官兵葬身海底。11月下旬，德国战列舰“沙恩霍斯特号”和“格奈森诺号”又击沉英军“拉瓦尔品第号”轻巡洋舰。1940年4月，德国海军整个水面舰艇部队和大部分潜艇部队投入入侵挪威的战役，担负运输、护航、炮击海岸工事等任务，期间德、英两国舰队在挪威海域发生战斗，双方互有损失。1940年10月，德国“舍尔海军上将号”袖珍战列舰进入大西洋，一个月后，“希佩尔海军上将号”重型巡洋舰也驶入大西洋，捕捉英国商船队。在第二年春天返回基地时，它们都多有斩获。英国海军对德国人的战术深感棘手，往往出动数倍的舰只进行搜捕，这种搜捕像大海捞针一样困难。
1941年春，雷德尔命令“俾斯麦号”战列舰和“欧根亲王号”重巡洋舰驶往挪威的卑尔根，准备绕道冰岛北面进入大西洋。英国海军在大西洋周围调动了“英王乔治五世号”、“威尔士亲王号”、“罗德尼号”、“拉米伊号”、“复仇号”5艘战列舰，“胡德号”、“声望号”、“反击号”3艘战列巡洋舰，“胜利号”、“皇家方舟号”2艘航空母舰对德国的“俾斯麦号”战列舰进行搜索围捕。5月24日，一支英国分舰队发现“俾斯麦号”后与之展开战斗，英国皇家海军的骄傲——“胡德号”战列巡洋舰被击沉。“俾斯麦号”在同英国舰队玩了两天的捉迷藏后，终于被及时赶来的英国“罗德尼号”战列舰和“英王乔治五世号”战列舰所缠住，在交战中被击沉。英国人总算为“胡德号”复了仇。“俾斯麦号”的沉没结束了德国用大型水面舰只袭击英国大西洋航线的做法。雷德尔在希特勒面前的地位明显下降。以后袭击对方在公海上护航运输船队的任务，落在了邓尼茨的潜艇部队和少数伪装成商船的军舰上了。
当“俾斯麦号”被击沉后，德国“沙恩霍斯特号”、“格奈森诺号”和“欧根亲王号”正停留在法国的布勒斯特港，英吉利海峡将它们同本土基地隔开。1942年2月11日，德国这三艘大型战斗舰神不知、鬼不觉地溜过英吉利海峡，安全抵达荷兰附近海域，使英国海军感到丢脸。一个月后，3月17日，英国海军成功地袭击了圣纳泽尔港德国潜艇基地。这次英国人用“坎贝尔敦号”驱逐舰装满炸药冲撞并阻塞了港口的船闸，次日晨，正当一群德国海军高级军官在查看“坎贝尔敦号”，准备设法清除它时，定时炸弹突然爆炸，船闸和在场人员全部毁灭。英国人总算挽回了些面子。
1942年12月31日，由“吕佐夫号”袖珍战列舰、“希佩尔海军上将号”重型巡洋舰和6艘驱逐舰、2艘轻型护卫舰组成的德国舰队，同一支英国护航运输队遭遇，英国海军虽然只有5艘驱逐舰、2艘轻型护卫舰，但英军舰队指挥官舍布鲁克毫无畏惧，猛打猛冲，使得德国舰队不得不全力来对付他，而英国的商船队却趁机逃入一片雾幕之中。这是第二次世界大战中最令人惊心动魄的海战之一。希特勒接到这次海战报告后，勃然大怒，扬言要将所有的重型战舰报废，把这些钢材用于陆军和空军。他命令雷德尔海军元帅向他报到，亲自接受报废大型战舰的命令。
1943年圣诞节前夕，德国“沙恩霍斯特号”战列舰从挪威出发，前去拦截一支驶往苏联北部的护航运输队，实力较弱的英国护航驱逐舰摆出一副咄咄逼人的进攻架势，“沙恩霍斯特号”不知虚实，赶紧撤退，但被另一支英国本土分舰队截住。经过战斗，“沙恩霍斯特号”战列舰在英国“贝尔法斯特号”、“牙买加号”巡洋舰和其他驱逐舰的鱼雷攻击下沉没。这时德国只剩下“蒂尔匹兹号”一艘战列舰了。为了防止德国海军攻击苏联北部的护航船队，或像“俾斯麦号”那样闯入大西洋，英国海军决定使用航空母舰歼灭“蒂尔匹兹号”。1944年4月3日，英国皇家海军“胜利号”、“暴怒号”、“追踪者号”、“搜索者号”和“皇帝号”5艘航空母舰一起出动，对停泊在挪威北部阿耳塔峡湾入口处的卡峡湾内的“蒂尔匹兹号”战列舰进行猛烈的空中攻击，将其重创。但该舰8英寸厚的装甲甲板仍无法炸穿。德国人将受伤的“蒂尔匹兹号”转移到特理姆瑟，1944年11月12日，从本土出发的英国远程轰炸机将约6吨重的炸弹倾泻在“蒂尔匹兹号”战列舰上，一举将其击沉。至此，德国海军的水面舰只已不能构成对盟军大西洋航线的威胁。
1939年9月战争爆发时，邓尼茨不得不以56艘潜艇这样可怜的数量投入战争，当时他认为至少需要300艘。开战第一天，德国U-30号潜艇击沉美国“阿锡尼亚号”客轮，使英国人毫不犹豫地采取了运输船队护航制度，对所有英国运输船只实行控制，将主要航线上的航速在9～14.9节的运输船只组成船队，在此航速范围以外的船只则单独航行。9月17日，在爱尔兰附近海域，德国U-29号潜艇击沉英国2.25万吨的“无畏号”航空母舰。与此同时，德国潜艇在整个9月里，共击沉约15.4万吨同盟国和中立国的船只。到1939年底，英国护航的5756艘运输船中只损失12艘，其中4艘是被潜艇击沉的；在单独航行的商船中，有102艘被击沉。邓尼茨损失潜艇9艘，约占德国潜艇兵力的六分之一。
英国的护航运输队一般编成正面宽、两翼窄的“方阵队形”，组成10路纵队，每路4艘，纵队间隔600码，前后船只距离为400码，战斗舰只以“盒形警戒幕”进行护航，即在“方阵”的角部部署一艘护航舰只，其他舰只在“方阵”正前方的扇面内就位。这种队形可以减少对方潜艇侧翼攻击的威胁，但在德国水面舰只的威胁消除之后，英国废除了这种队形，采取了宽正面的长方形队形。1942年护航舰装备了舰载雷达和高频无线电测向仪，使护航警戒幕同船队距离从4000码增大到6000码，纵队间隔从600码增大到6000码，船与船之间的间隔进一步加大，这种队形使德国潜艇的鱼雷命中率降低了50％。
1940年春，邓尼茨在法国亲自监督修建海军基地，德国潜艇从这些基地出发去大西洋巡逻区，距离可缩短一半以上，在德国空军支援下，极大地增强了这些海军潜艇的战略能力。1940年7月中旬，邓尼茨首次在苏格兰以西海域260海里处使用“狼群战术”。这一战术的特点是：当一艘潜艇发现运输船队时，并不立即实施攻击，而是隐蔽在水下尾随跟踪，并把船队的航向、航速和编组情况报告给陆上潜艇司令部。然后，陆上潜艇司令开始实施战术指挥，命令“狼群”中的其他潜艇与跟踪艇取得联系。接着，海上指挥官接替指挥，协调各艇在夜间进行水面攻击，先击沉护航舰只，然后消灭运输船队。不久，邓尼茨发现海上指挥官难以实施有效的现场指挥，他就坐镇潜艇指挥部，用无线电直接指挥。
为了配合德国的潜艇攻势，意大利派出27艘潜艇前往大西洋，驻扎在比开斯湾内法国的波尔多，但意大利潜艇的性能、质量较差，所以邓尼茨没有将它们编入狼群作战序列，指定它们负责北纬45度以南的海域，当时同盟国船队很少出现在那儿，因此，意大利潜艇很少发现目标。
1940年7月，英国的护航区域由西经15度扩大到西经17度，从而抵消了德国潜艇增加的战斗巡逻时间，但同时又抽调了大型护航舰去保卫英吉利海峡，这就大大地削弱了大西洋上的护航兵力，有时一支船队只有一艘军舰护航。随着夏季的流逝，英国被击沉的船只数量迅速增加：3月损失107009吨、4月158218吨、5月损失288461吨、6月损失585496吨、7月损失586913吨、8月损失397229吨、9月损失448621吨。其中单独航行的船只损失数量是护航船只的两倍，德国潜艇不愿采用狼群战术与运输船队周旋，喜欢攻击单独航行的船只。由于英国护航的范围不断向西扩展，邓尼茨的“狼群”也不得不向护航船队发动攻击。遭受最严重打击的一次是在北爱尔兰的布拉迪·福兰德西北250海里处，一支由34艘商船组成的SC-7运输船队遭到7艘德国潜艇的攻击，这些有战斗经验的潜艇突破了4艘护航舰组成的警戒幕，在午夜的混战中击沉17艘商船。这场夜战刚结束，由49艘快速商船组成、护航兵力薄弱的HX-79运输船队又遇上由6艘潜艇组成的“狼群”，这些潜艇再次击溃护航舰只，击沉14艘商船。当几艘潜艇发射完鱼雷准备返航时，向东行驶的HX-79A运输船队又闯入这一海域，结果又损失了7艘商船。这几次战斗使邓尼茨的潜艇战达到了高潮，在这段“愉快的时间”里，他只用了6艘潜艇的代价，击沉了对方217艘商船，共计110多万吨。
1941年春，德国潜艇部队取得了更大的战果，不过在3月的一个星期，德国一下失去了3位最优秀的潜艇战术家、王牌潜艇艇长，其中包括U-99号潜艇的克雷斯特施默尔艇长，他被俘前创下了第二次世界大战中击沉同盟国266629吨船只的最高纪录。1941年4月1日起，英国海军部接过岸防航空兵的战术指挥权，英国远程轰炸机开始进驻爱尔兰，实施对运输船队的空中掩护。同时加拿大海军也具备了在西太平洋护航的能力，所以到5月，北大西洋出现了第一支全程护航船队，这标志着大西洋第二阶段争夺战的结束。自战争爆发以来，德国潜艇共击沉650艘商船，其中10％是护航船队的船只，在水面舰只得到航空兵的配合后，运输船队便再也没有一艘船只被击沉。而这时，德国潜艇攻击运输船队时却损失了60％的潜艇，如果德国海军想继续保持以往的战绩，就必须以自己潜艇损失率的提高为代价。
随着美国对战争的逐渐介入，大西洋之战进入第三阶段。1937年，美国国内反战情绪导致了国会通过中立法案，规定了交战国与美国进行贸易的“现购自运”原则，即现金购买货物、自己组织船运。中立法禁止出售军火，但大战爆发后，对中立法作了修改，在“现购自运”的基础上，出售军火。因为德国商船在战时无法航行，制海权基本掌握在英国手中，所以美国的中立法案实际对英国有利。1940年5月，丘吉尔请求美国租借50艘驱逐舰来为运输船队护航。7月末，英美达成交易，美国给英国50艘“废弃”的驱逐舰，以换取从纽芬兰到特立尼达之间一些海军基地99年的租用权。1940年9月6日，作为报复，希特勒取消了潜艇袭击英国商船的最后限制，并允许在必要时击沉美国船只。1941年3月，美国“全面援助而不参战”的政策有重大发展，国会通过了罗斯福总统的“租借法案”，而在一个月之前，美国海军制定了为大西洋运输船队护航的计划，美国海军负责从纽芬兰到冰岛一段行程，过了冰岛由英国海军接替。在英国的外交努力下，冰岛向美国提供了雷克雅未克空军基地，使美国空军可以对运输船队进行空中掩护。1941年9月4日，在冰岛西南约200海里处，德国U-652号潜艇首先向监视它的美国“格里尔号”驱逐舰发射一条鱼雷，“格里尔号”规避后向其投放深水炸弹。这样，德、美两国海军在没有宣战之前首次交火。在以后的一个多月里，邓尼茨运用“狼群战术”成功地重创了美国在大西洋上的护航运输船队，使经验不足的美国人吃尽了苦头。
1941年12月17日，德国潜艇群与以英国“大胆号”护航航空母舰为核心的护航舰队展开激战，“大胆号”航母和另一艘驱逐舰被击沉，德国也损失惨重，5艘潜艇被击沉。邓尼茨开始对在东大西洋实施“狼群战术”的效果感到怀疑。这时，在北美发动潜艇攻击的时机已经成熟，邓尼茨先后共派出11艘潜艇横渡大西洋，进入北美海域作战，开始了大西洋之战的第四阶段。德国潜艇的猛烈攻势获得极大战果，同盟国商船损失数剧增：1941年12月损失124070吨，1942年1月损失327357吨、2月损失467451吨、3月则损失到537980吨。而德国的11艘潜艇在3个月内竟无一损失，这是邓尼茨的“第二次愉快的时间”。特别是1942年3月，同盟国在世界各地的商船损失超过了80万吨，这在第二次世界大战史上还是第一次。
德国潜艇在北美的攻势震惊了同盟国，英国急忙腾出2个护航舰队前往增援，美国则建立了连锁运输船队系统予以对抗，才制止了德国人的猛烈进攻。但德国人投入1700吨级的、具有多种后勤功能的新型供应潜艇——“乳牛”，在1942年第三季度里继续扩大战果。到了年底，北美护航船队采取了飞机和水面舰只协同护航的办法，终于挫败了德国潜艇部队发动的远程攻势，邓尼茨遂决定重返大西洋，开始大西洋之战的第五阶段。这时，德国制造潜艇的速度已增长到每月30艘，这使邓尼茨能承担更大的风险，去进攻同盟国的运输船队。另一方面，同盟国的多数飞机和水面舰艇都装备了雷达，使德国潜艇面临更大的损失。同盟国还组织了专门的反潜支援大队，哪里发现德国潜艇就立即赶往哪里。邓尼茨深知潜艇战只有在中大西洋才能取得决定性胜利，为避免损失，邓尼茨集中兵力攻击在被称做“黑坑”海域里航行的船只，“黑坑”位于纽芬兰、爱尔兰、冰岛、格陵兰岛之间的中心海域。同盟国损失惨重，1942年11月被击沉807754吨，这种凶猛的攻击在1943年达到了高潮。
1943年1月，盟军参谋长联席会议在卡萨布兰卡举行会议，一致认为同盟国的首要任务是必须粉碎德国的潜艇部队。1月30日，雷德尔因海军水面舰只在挪威海域攻击英国运输船队失利，辞去德国海军总司令职务，邓尼茨接任该职。4月28日，北大西洋上双方最后较量的时刻终于来临了，在格陵兰的法韦尔角南面海域，邓尼茨的51艘潜艇组成的“狼群”和同盟国的ONS-5护航船队发生激烈的遭遇战。先是盟军从格陵兰基地赶来的飞机配合护航舰艇，与德国潜艇交锋。几天后，盟军两个反潜支援大队赶来参战，它们充分发挥了雷达和高频无线电测向仪的作用，当这场战斗结束时，6艘德国潜艇被击沉。三星期后，同盟国飞机和护航舰艇又击沉13艘德国舰艇，而运输船只损失了5艘。接着，在“黑色五月”里，德国潜艇遭到巨大损失，被击沉41艘，邓尼茨被迫放弃北大西洋，准备待技术条件改善后卷土重来。这样，在诺曼底登陆前的12个月里，同盟国的船只能较为顺利地通过北大西洋。
1943年7月，由于反潜措施成功和美国造船能力的极大提高，同盟国每月的造船量终于超过了每月在世界各地被击沉的数量。1943年年底，大西洋的同盟国取得了年产商船1440万吨的成绩，超过了德国所估计的40％。邓尼茨的吨位战战略终于破产。
1943年5月下旬，邓尼茨将作战重点转移到亚速尔群岛西南海域，美国护航航空母舰和护航驱逐舰组成的猎潜群正在此跃跃欲试，双方展开角逐。大西洋争夺战进入第六阶段。美国人使用了新型的反潜自导鱼雷，连连击沉德国潜艇，其余德国潜艇被逼得走投无路，只好浮到水面上来还击，于是遭到更大的损失。在不到3月内击沉15艘德国潜艇，自己只损失了3架飞机。从7月28日开始，英国轰炸机对德国潜艇发起了“比斯开湾大屠杀”，在一星期里，击沉9艘德国潜艇，迫使邓尼茨在8月初，下达了停止从比斯开湾基地起航的命令。盟军实际上封锁了德国驻法国的潜艇基地，并在这次比斯开湾的攻击中，共击沉德国潜艇28艘。
早在1942年，大西洋上就展开了军事技术的较量，英国飞机使用雷达探测潜艇，取得了一些成绩。但德国很快实行反雷达措施，装备了“梅托克斯”雷达接受机，其接受雷达信号距离比对方搜索雷达的目标探测距离远得多，因此英国反潜飞机的优势暂时消失了。1943年初，英国研制出一种波长为10厘米的超高频雷达，这种雷达发射的电波波长是“梅托克斯”探测不到的。为配合这种先进的雷达，同盟国飞机使用一种8000万支光的“利式”探照灯，对德国潜艇进行突然袭击。在大西洋之战的第七阶段里，邓尼茨重新向北大西洋盟国的主要运输线发动进攻，他使用了新研制的“鹪鹩”式音响自导鱼雷，这种鱼雷能循着声源自动撞向舰船的螺旋桨，主要打击护航舰只，撕开对方的警戒幕，以便用常规鱼雷攻击商船。1943年9月，邓尼茨因使用这种新式鱼雷在“黑坑”海域小有收获。但美国很快研制出“福克瑟”噪声发生器，把它拖在舰船后面，吸引“鹪鹩”音响自导鱼雷对其攻击。这场技术较量，最后以盟国的胜利而告终。
在1943年，德国共损失潜艇237艘，盟军除了技术上的优势外，另一个原因是，葡萄牙在10月同意英国空军使用亚速尔群岛的基地，盟军能利用该基地对北大西洋和中大西洋的运输船队实行夜间空中护航和定期空中巡逻，这对邓尼茨是一个决定性的打击。邓尼茨被迫远离北大西洋的重要海域。1944年，英国前往苏联摩尔曼斯克的运输船队成了德国“狼群”作战的唯一目标，使大西洋争夺战进入第八阶段，也是最后的一次较量。英国派出以护航航空母舰为核心的护航舰艇，还得到反潜支援大队的近距离掩护。经过一年的激烈交锋，英国护航航空母舰在北方海域共击沉13艘德国潜艇，而前往摩尔曼斯克的运输船队仅损失了6艘船只。随后，德国空军对运输船队展开日益猛烈的攻击，结果毫无成效。在这一年的2月至3月里，一些在佛得角群岛加油、准备前往开普敦海域和印度洋的德国潜艇，遭到美国远程护航猎潜群的沉重打击。1944年的印度洋是德国潜艇唯一可以活动的地区，但也和在地中海巡逻一样，往往有去无回，德国这一年派往印度洋的45艘潜艇中，有34艘被击沉。而同盟国的损失，1944年的月平均数为30580吨，1945年最初的4个月的月平均数是63270吨。这些数字表明，德国的潜艇已成为一支骚扰性力量，已不能对盟国横渡大西洋的船队构成威胁。至此，大西洋之战以德国的失败而告终。
在历时数年的大西洋争夺战中，轴心国共击沉同盟国商船2775艘，总吨位为23351000吨，其中被德国潜艇击沉的吨位是14573000吨，占总数的62.4％。在同盟国全部商船损失中，护航运输船队的船只仅占28％，其余都是单独航行的船只。德国投入战争的潜艇共1175艘，损失781艘，其中被美国击沉的有191艘。同盟国之所以能取得大西洋战争的胜利，主要在于物质力量和技术力量占压倒性优势，以及在这一基础上采取了运输船队护航制。事实证明，军事技术上占明显优势的运输船队的护航队，是对攻击潜艇实施进攻作战的决定性力量。它使德国潜艇失去了继续攻击北大西洋上盟国运输船队的信心和能力，从而使这些船队将取得战争胜利所必不可少的物资，源源不断地运往欧洲，而这又是第二次世界大战同盟国取胜的最重要的原因之一。从整个战争来看，一旦运输船队遇到不幸，战争就向失败靠近了一步，而每当一支运输船队顺利抵达目的地时，战争便向胜利迈进了一步。所以，大西洋之战也为海权优于陆权、战争胜利属于掌握制海权一方的观念，做了最好的说明。1962年7月11日，英国蒙哥马利元帅在英国上院演说时认为：“历史的重大教训是，对方实行陆战战略是注定要以失败而告终的。第二次世界大战从根本上看，是一场争夺海上航道控制权的斗争。”