Mỗi cặp đấu ở vòng đấu loại trực tiếp, ngoại trừ trận chung kết, được diễn ra theo thể thức hai lượt, với mỗi đội chơi một lượt tại sân nhà. Đội nào ghi được tổng số bàn thắng nhiều hơn qua 2 lượt đi tiếp vào vòng tiếp theo. Nếu tổng tỉ số hòa, luật bàn thắng sân khách được áp dụng, nghĩa là đội ghi nhiều bàn thắng trên sân khách hơn qua 2 lượt đi tiếp. Nếu số bàn thắng sân khách vẫn bằng nhau, thì hiệp phụ được diễn ra. Luật bàn thắng sân khách tiếp tục được áp dụng sau hiệp phụ, nghĩa là nếu có bàn thắng được ghi trong thời gian hiệp phụ và tổng tỉ số vẫn hoà, thì đội khách đi tiếp nhờ có số bàn thắng sân khách ghi được nhiều hơn. Nếu không có bàn thắng nào được ghi trong thời gian hiệp phụ, thì cặp đấu được quyết định bằng loạt sút luân lưu. Ở trận chung kết, nơi diễn ra 1 trận duy nhất, nếu tỉ số hoà sau thời gian thi đấu chính thức, thì hiệp phụ được diễn ra, theo sau đó là loạt sút luân lưu nếu tỉ số vẫn hoà.[2]Cơ chế bốc thăm cho mỗi vòng như sau:

• Ở lễ bốc thăm cho vòng 32 đội, 12 đội nhất bảng và 4 đội đứng ba từ vòng bảng Champions League với thành tích vòng bảng tốt hơn được xếp vào nhóm hạt giống, và 12 đội nhì bảng và 4 đội đứng ba từ vòng bảng Champions League còn lại 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 16 đội, 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 "chủ nhà" cho trận chung kết (vì mục đích hành chính khi nó được tổ chức trên sân trung lập).

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 10 đến ngày 21 tháng 8 năm 2020 ở các thành phố Cologne, Düsseldorf, Duisburg và Gelsenkirchen của Đức. 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.[4]

Ở vòng đấu loại trực tiếp, các đội đến từ cùng thành phố hoặc thành phố gần bên (ví dụ như Porto và Braga) không được xếp lịch để thi đấu tại sân nhà vào cùng ngày, vì lý do hậu cần và kiểm soát đám đông. Để tránh trường hợp mâu thuẫn lịch thi đấu, UEFA phải đưa ra một điều chỉnh. Đối với vòng 32 đội, nếu hai đội được xếp cặp để chơi tại sân nhà cho cùng lượt trận, trận đấu sân nhà của đội không phải là đội vô địch cúp quốc gia ở mùa giải vòng loại, hoặc đội với thứ hạng giải quốc nội thấp hơn (nếu không có đội nào là đội vô địch cúp quốc gia ví dụ như Braga cho mùa giải này), được chuyển từ Thứ Năm sang một ngày khác. Đối với vòng 16 đội, vòng tứ kết và vòng bán kết, 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 không phải là đội vô địch cúp quốc gia ở mùa giải vòng loại, hoặc đội với thứ hạng giải quốc nội thấp hơn, được đảo ngược từ lần bốc thăm ban đầu.[5]