Ngày 1 tháng 9 1939, trong lúc lục quân Đức mở cuộc tấn công Ba Lan, đô đốc Karl Dönitz đệ trình dự án hải quân lên cấp trên là Erich Raeder - ông cho rằng 300 chiếc U-Boat hạng tốt (U-boot VIII) sẽ đủ sức hạ gục nước Anh bằng cách tiêu hủy hệ thống thương mại đường biển của xứ này.[7] Dönitz đề xuất chiến thuật bầy sói (Rudeltaktik) với một toán nhỏ U-Boat tấn công ồ ạt nhưng nhanh gọn vào các chiến thuyền Đồng Minh. Trong khi các chiến thuyền chậm chạp loay hoay truy đuổi một hai chiếc, những tàu ngầm còn lại sẽ lặn vào phá hủy các tàu buôn không còn được hộ tống. Đây là một chiến thuật tàu ngầm hoàn toàn mới. Trước đó, tàu ngầm thường được sử dụng để nằm đơn độc chờ phục kích tàu bè qua lại bên ngoài hải phận của đối phương. Đa số các sĩ quan hải quân lúc bấy giờ vẫn thường khinh bỉ tàu ngầm là "thiếu phong cách chiến tranh" - so với những chiếc chiến thuyền đồ sộ hùng vĩ trong hạm đội. Erich Raeder cũng có suy nghĩ thiển cận như thế nên chỉ xin chính phủ Hitler cung cấp tài khoản cho thiết kế những tàu chiến lớn.

Hải quân Hoàng gia Anh trong thời kỳ này chống tàu ngầm bằng ghe tuần tiễu, dùng ống nghe dưới nước, súng nhỏ và thủy lội tự nổ khi thả xuống tới độ sâu định sẵn. Trong thời kỳ năm 1920 - 1930, hải quân Anh không chú trọng phát triển chiến thuật chống tàu ngầm vì chiến tranh tàu ngầm bị Hiệp định Versailles cấm. Sĩ quan hải quân xem việc chống tàu ngầm tương đương như các công tác đơn thuần như rà thủy lội và mìn. Khu trục hạm có thể thả thùy lội chống tàu ngầm, nhưng trên thực tế, chỉ có ít đơn vị nào được huấn luyện công tác này.

'Thời kỳ sung sướng' (Tháng 6 1940 – Tháng 2 1941)

Đức Quốc xã xâm chiếm Na Uy vào tháng 4 năm 1940 rồi hai tháng sau nhanh chóng chiếm luôn Hà Lan, Bỉ, Pháp. Phát xít Ý gia nhập phe Trục vào tháng 6. Những thay đổi này ảnh hưởng đến cục diện chiến trường Đại Tây Dương như sau:

• nước Anh mất một đồng minh hùng mạnh là hải quân Pháp. Chỉ một số nhỏ chiến thuyền của Pháp chạy thoát và theo Lực lượng Pháp tự do.
• Hải quân Anh phải phân tán để chống chọi hải quân Ý tại Địa Trung Hải.
• Từ các căn cứ Brest, Lorient, La Pallice và La Rochelle ở Pháp, U-boot có thể dễ dàng tấn công Đại Tây Dương và chu vi hoạt động tăng cao hơn (trước đó tàu ngầm phải về lấy nhiên liệu và tiếp tế từ các căn cứ của Đức tại biển Bắc). Đức xây dựng nhiều hầm xi măng để sửa chữa U-boot tại nhiều căn cứ hải quân ở Pháp. Quân Đồng Minh không thể oanh tạc bắn phá được những hầm kiên cố này cho đến khi bom tallboy được phát minh.
• Lực lượng tàu chiến của Anh dần dần bị hao mòn. Tàu bè bị kéo đến kéo đi khắp các chiến trường Na Uy, Hà Lan, Pháp, nhất là cuộc tháo chạy từ Dunkerque. Khi quân Đức hăm dọa tấn công Anh, các chiến thuyền Anh nằm phòng thủ tại biển Manche bị không quân Đức bắn hủy rất nhiều. Bảy khu trục hạm bị chìm trong trận Na Uy, 6 chiếc trong trận Dunkerque và 10 chiếc trong cuộc oanh tạc của Luftwaffe trên biển Manche. Từ tháng 4 đến tháng 7 năm 1940, hải quân Anh mất 24 khu trục hạm, Canada mất 1 chiếc. Nhiều chiếc khác bị hư hại.

Sau khi hoàn thành chiến dịch xâm chiếm các nước phía tây châu Âu, bộ tư lệnh của Hitler thả các U-bóot trở về công tác cũ là bắn phá các đoàn tàu buôn chở tiếp tế của Anh. Cũng may cho nước Anh là các đội tàu buôn của Na Uy và Hà Lan nằm dưới kiểm soát của Anh (mặc dầu các nước này đã bị Đức chiếm). Anh đồng thời thôn tính Iceland và các đảo Faeroe để tránh không cho Đức chiếm lấy làm căn cứ hải quân.

Tháng 5 năm 1940 Winston Churchill nhậm chức thủ tướng Anh. Ông viết thư cầu viện tổng thống Hoa Kỳ Franklin Roosevelt xin 50 chiếc khu trục hạm phế thải của Mỹ. Hoa Kỳ cho mượn (trên thực tế là bán) 50 chiếc chiến thuyền với điều kiện Anh phải cho Hoa Kỳ thuê trong 99 năm các căn cứ tại Newfoundland, Bermuda và West Indies. Giao kèo bán thuyền này rất có lợi cho Mỹ. Dân Mỹ lúc này không muốn Hoa Kỳ tham gia Thế chiến II, ngay cả các cố vấn chính phủ còn cho rằng Anh sẽ thua Đức. Đến tháng 9 các khu trục hạm phế thải này bắt đầu được tu sửa và gắn thêm dụng cụ rà lòng biển sonar. Nhiều tháng sau đó, các chiến thuyền này mới đủ sức ra trận.

Trong lúc hải quân Anh lâm vào thế khó khăn, hải quân Đức trải qua thời kỳ sung sướng (tiếng Đức:"Die Glückliche Zeit").[8] Các thuyền trưởng của tàu ngầm U-boot được vinh danh anh hùng chiến đấu, thay phiên nhau lập chiến công bắn phá tàu bè của Đồng Minh. Từ tháng 6 đến tháng 10 năm 1940, có tất cả 270 tàu lớn nhỏ của Đồng Minh bị bắn chìm.

Để phát hiện các đoàn tàu buôn có hộ tống của Anh trên biển rộng, hải quân Đức phải dùng máy bay trinh sát tầm xa Focke-Wulf Fw 200, bay từ Bordeaux (Pháp) và Stavanger (Na Uy). Tuy nhiên vì có nhiều xích mích giữa hải và không quân Đức, các thuyền trưởng U-boot thường phải tự săn tìm mục tiêu.

Bộ chỉ huy Anh lúc bấy giờ phát hiện được một điểm quan trọng trong công tác hành quân hộ tống tàu buôn. Đoàn tàu buôn lớn với ít hộ tống dễ tránh phát hiện hơn là đoàn tàu nhỏ nhưng có hộ tống lớn.

Quân Đức giải mã được nhiều tín hiệu mật của hàng hải Anh nên có thể dự đoán hành trình của đoàn tàu buôn và nằm sẵn trước chờ phục kích. Tàu ngầm Đức thường tấn công theo chiến thuật bầy sói, năm sáu chiếc hoạt động điều hợp bằng liên lạc vô tuyến. Khi nhận được từ tín hiệu từ tàu chỉ huy, các tàu khác đồng loạt trồi lên mặt nước bắn phá tàu địch - thường là vào ban đêm. Các tàu hộ tống hải quân Anh lúc này rơi vào thế thụ động vì hệ thống rà sóng lòng biển ASDIC khó nhận được tàu ngầm khi đã trồi lên mặt nước. Radar thời này cũng còn yếu kém và thiếu chính xác. Do đó khi đội canh phòng trên tàu Anh phát hiện được tàu ngầm Đức thì đã quá trễ, khó xoay xở và dễ bị bắn chìm.

Chiến thuật tấn công theo kiểu bầy sói đạt nhiều thắng lợi nhất vào tháng 9 - 10 năm 1940, phá hủy rất nhiều các đoàn tàu tiếp vận của Anh. Ngày 21 tháng 9, đoàn tàu HX 72 gồm 42 thủy thủ bị 4 chiếc U-boot tấn công. Trong hai ngày đánh nhau, 11 tàu buôn bị chìm, 2 tàu bị phá hỏng. Tháng 10, đoàn tàu SC 7 bị tổn thất 59% hàng tiếp vận. Trận tấn công đoàn tàu HX 79 trong những ngày sau đó là chứng minh hiệu lực của tàu ngầm Đức trên xa khả năng phòng thủ của hải quân Anh. Hạm đội Đồng Minh gồm 2 khu trục hạm, 4 tàu hộ vệ, 3 tàu kéo và 1 tàu rà mìn bị tấn công và tổn thất 1/4 lực lượng trong khi không một chiếc U-Boat nào bị thương. Ngày 1 tháng 12, 7 chiếc U-boot và 3 chiếc tàu ngầm Ý tấn công đoàn tàu HX 90, bắn chìm 10 tàu chiến của Đồng Minh và phá hỏng 3 chiếc khác. Dönitz theo đó tăng cường và phát huy chiến thuật tấn công bầy sói.

Ngoài U-Boat, quân Đức còn sử dụng máy bay oanh tạc tấn công các tàu tiếp vận của Anh. Với kinh nghiệm từ chiến dịch Weserübung, một số phi đội thám thính và ném bom với tầm hoạt động xa như Focke-Wulf Fw 200 và Junkers Ju 290 được điều động ra biển và đánh chìm được gần 365.000 tấn tàu tiếp vận.

Tàu ngầm Ý tại Đại Tây Dương

Từ tháng 8 năm 1940, hải quân Ý đưa tàu ngầm đến căn cứ Bordeaux tăng cường lực lượng phe Trục tấn công hải quân Anh. Loại tàu ngầm Ý được thiết kế cho hải chiến tại Địa Trung Hải, không thích hợp với chiến trường Đại Tây Dương và yếu kém hơn loại của Đức. Tuy vậy, tàu ngầm Ý cũng đạt được thành tích đáng kể: 37 tàu ngầm Ý bắn chìm 109 chiến thuyền và tàu buôn của Đồng Minh (tổng cộng 593.864 tấn tàu bè và hàng tiếp vận).[9] Hải quân Ý còn sử dụng loại tàu lặn nhỏ (ngư lôi người) làm lung lay lực lượng hải quân Anh tại Gibralta.

Mặc dầu hải quân Ý đạt nhiều chiến tích, Đô đốc Đức vẫn coi thường lực lượng này. Ông cho rằng lính Ý thiếu kỷ luật và dễ nao núng khi chạm địch, không hoạt động theo chiến thuật bầy sói săn mồi, không giữ liên lạc chặt chẽ với hải quân Đức. Chẳng bao lâu, lực lượng tàu ngầm Ý ngừng hoạt động chung với lực lượng của Đức.[10]

Kỹ thuật dò tìm sonar

Kỹ thuật dùng tín hiệu sóng phát đi và ghi nhận phản hồi để phát hiện vật cứng trong nước đã có từ thời thế chiến thứ nhất. Tuy nhiên các khoa học gia Anh đi đầu trong phát minh phối hợp kỹ thuật này với bàn vẽ tọa độ để xác định vị trí của vật với mức chính xác khá cao. Khi kỹ thuật này được hoàn chỉnh và đem sử dụng tại chiến trường, quân đội Anh dần chiếm được thế thượng phong trong các cuộc săn đuổi trên biển.