Ở vòng đấu loại trực tiếp, các đội đối đầu với nhau theo thể thức hai lượt đi và về trên sân nhà và sân khách, ngoại trừ trận chung kết đấu một trận.Cơ chế bốc thăm cho mỗi vòng như sau:

• Ở lễ bốc thăm cho vòng 16 đội, 8 đội nhất bảng được xếp vào nhóm hạt giống, và 8 đội nhì bảng được xếp vào nhóm không hạt giống. Các đội hạt giống được xếp cặp để đối đầu với các đội không hạt giống, với các đội hạt giống làm đội chủ nhà cho trận lượt về. Các đội đến từ cùng bảng hoặc cùng hiệp hội không được xếp cặp để đối đầu với nhau.
• Ở lễ bốc thăm cho vòng tứ kết và vòng bán kết, không có đội hạt giống, và các đội đến từ cùng bảng hoặc cùng hiệp hội có thể được xếp cặp để đối đầu với nhau. Vì bốc thăm vòng tứ kết và vòng bán kết được tổ chức cùng nhau trước khi vòng tứ kết được diễn ra, danh tính của đội thắng vòng tứ kết không được biết tại thời điểm bốc thăm vòng bán kết. Một lượt bốc thăm cũng được diễn ra để xác định đội thắng vòng bán kết nào được chỉ định là đội "chủ nhà" cho trận chung kết (vì mục đích hành chính khi nó được diễn ra tại sân trung lập).

Đối với vòng tứ kết và vòng bán kết, các đội đến từ cùng thành phố không được xếp lịch để thi đấu tại sân nhà vào cùng ngày hoặc vào các ngày liên tiếp, vì lý do hậu cần và kiểm soát đám đông.[30] Để tránh trường hợp mâu thuẫn lịch thi đấu, nếu hai đội được xếp cặp để chơi tại sân nhà cho cùng lượt trận, thứ tự lượt trận của cặp đấu có bao gồm đội với thứ hạng giải quốc nội thấp hơn ở mùa giải vòng loại được đảo ngược từ lần bốc thăm ban đầu.[31]

Vào ngày 17 tháng 6 năm 2020, UEFA thông báo rằng do đại dịch COVID-19 ở châu Âu, giai đoạn cuối của giải đấu có sự thay đổi về thể thức. Vòng tứ kết, bán kết và chung kết được diễn ra theo thể thức đấu một trận duy nhất từ ngày 12 đến ngày 23 tháng 8 năm 2020 tại Sân vận động Ánh sáng và Sân vận động José Alvalade ở Lisbon, Bồ Đào Nha. Các trận đấu được diễn ra mà không có khán giả, mặc dù khán giả có thể được phép tuỳ theo việc xem xét lại tình hình và các quyết định của chính quyền quốc gia và địa phương.

Sau khi giải đấu trở lại vào tháng 8 năm 2020, mỗi đội được phép thay tối đa 5 cầu thủ, với cầu thủ thứ sáu được phép ở hiệp phụ. Tuy nhiên, mỗi đội chỉ có 3 cơ hội để thực hiện quyền thay người, với cơ hội thứ tư được áp dụng ở hiệp phụ, ngoại trừ quyền thay người được thực hiện ở thời gian nghỉ giữa giờ, trước khi bắt đầu hiệp phụ và quãng nghỉ giữa hai hiệp phụ. Điều này được thông qua sau đề xuất từ FIFA và được IFAB chấp thuận để giảm bớt tác động của lịch thi đấu dày đặc.[32]

Nhánh đấu

Vòng 16 đội

Lễ bốc thăm cho vòng 16 đội được tổ chức vào ngày 16 tháng 12 năm 2019, lúc 12:00 CET.[33]Lượt đi được diễn ra vào ngày 18, 19, 25 và 26 tháng 2, cùng với các trận đấu đầu tiên của lượt về được diễn ra vào ngày 10 và 11 tháng 3 năm 2020. Do những lo ngại về đại dịch COVID-19, các trận đấu còn lại của lượt về đã bị hoãn bởi UEFA vào ngày 13 tháng 3 năm 2020.[16] Vào ngày 17 tháng 6 năm 2020, UEFA thông báo rằng lượt về được diễn ra vào ngày 7–8 tháng 8 năm 2020, với địa điểm được quyết định có thể là sân vận động của đội nhà hoặc một sân vận động trung lập ở Bồ Đào Nha (tại Sân vận động Dragão ở Porto và Sân vận động D. Afonso Henriques ở Guimarães).[34] Tuy nhiên, vào ngày 9 tháng 7 năm 2020, UEFA thông báo rằng các trận đấu lượt về còn lại được diễn ra tại tại các địa điểm dự kiến ​​ban đầu.[35]

Tứ kết

Lễ bốc thăm cho vòng tứ kết được tổ chức vào ngày 10 tháng 7 năm 2020.[16][36]Các trận đấu được diễn ra từ ngày 12 đến 15 tháng 8 năm 2020.

Bán kết

Lễ bốc thăm cho vòng bán kết được tổ chức vào ngày 10 tháng 7 năm 2020 (sau khi bốc thăm vòng tứ kết).Các trận đấu được diễn ra vào ngày 18 và 19 tháng 8 năm 2020.

Chung kết

Trận chung kết được diễn ra tại Sân vận động Ánh sáng ở Lisbon. Đội "chủ nhà" (vì mục đích hành chính) được xác định bằng một lượt bốc thăm bổ sung được tổ chức sau khi bốc thăm vòng tứ kết và vòng bán kết.[36]