В воскресенье 16 сентября утром Кессельринг предпринял новый налет. На этот раз английские истребители действовали более согласованно. Немецкие самолеты на всем пути от побережья подвергались атакам одной-двух эскадрилий попеременно (всего в этих атаках участвовало 22 эскадрильи). В зону Лондона прорвалось только 148 бомбардировщиков, но и им помешали провести бомбометание прицельно. По возвращении на базы немецкие самолеты были атакованы 12-й авиационной группой (около 60 истребителей). И хотя атака не имела большого эффекта, немецкие летчики были явно напуганы внезапным появлением множества истребителей. В полдень под прикрытием облачности значительное число немецких бомбардировщиков беспрепятственно прорвались к Лондону. Бомбардировка причинила большой ущерб и привела к большим жертвам в густонаселенных кварталах Ист Энда. В течение дня английская противовоздушная оборона вывела из строя приблизительно четвертую часть всех участвовавших в налетах бомбардировщиков. Во многих немецких экипажах были раненые и убитые. Это отрицательно сказалось на моральном духе личного состава люфтваффе.
Действительные потери немцев в течение этого дня, как было установлено позже, составили 60 самолетов, то есть в три раза меньше той цифры (185 самолетов), которую торжественно сообщило английское министерство авиации. Английская авиация потеряла только 26 истребителей, причем большинству летчиков удалось спастись. Итог был более благоприятным, чем в прошедшие недели. И все же Геринг, обвиняя во всем летчиков истребительной авиации, продолжал сверхоптимистически утверждать, что с английской истребительной авиацией через четыре-пять дней будет покончено. Однако никто в Германии не разделял его оптимизма.
Гитлер выразил согласие с мнением штаба ВМС, что английская авиация отнюдь не побеждена, 17 сентября, сославшись на ухудшение погоды, он отложил вторжение на «неопределенный срок»
На следующий день Гитлер издал приказ – прекратить накапливание десантно-высадочных средств в проливе и начать их рассредоточение. К этому времени английская авиация потопила или нанесла повреждения 21 транспорту из 170 и 214 десантным баржам из 1918. 12 октября начало операции «Морской лев» было окончательно перенесено на весну 1941 года, а в январе Гитлер приказал прекратить все приготовления, за исключением осуществления некоторых долгосрочных мер. Его помыслы теперь были определенно устремлены на Восток.
Геринг продолжал настаивать на дневных налетах, однако результаты с каждым разом все больше разочаровывали, хотя и имели место отдельные случайные успехи. 25 сентября сильной бомбардировке подвергся авиационной завод близ Бристоля, а на следующий день был временно выведен из строя завод близ Саутгемптона. Полным провалом закончился крупный налет на Лондон 27 сентября, а в последнем крупном дневном налете 30 сентября лишь немногим немецким самолетам удалось достичь английской столицы. Немцы потеряли 47 самолетов, в то время как английская авиация только
20.