1914年第一次世界大战爆发时，英国皇家飞行队和皇家海军航空队共装备了272架飞机，实际上只有90架可以升空执行任务，当时只有两架飞机装备有机枪，其他飞机均没有装备武器，战争的初期，大多数飞行员只是作为陆军的眼睛，主要执行侦察和火炮校正任务。随着机枪射击协调装置的出现，空战才成为飞机的主要作战形式。

1914年8月13日，英国皇家飞行队的37架没有装备武器的飞机飞越了英吉利海峡，在法国降落（总派遣架数为73架）。1914年8月25日，哈维·凯利中尉率领英国皇家飞行队第2中队的一个3机小组在高空作例行的巡逻飞行时，发现下方有1架德国的鸽式飞机正在侦查蒙斯南面的法军防线。哈维·凯利中尉立即向德机靠近，在德机方向舵的正下方占位，另外2架英机也在德机的两侧占据了有利位置。德机企图俯冲摆脱未成，只好匆忙着陆、弃机而逃。英机也随之着陆，由于未找到德机飞行员，便一把火烧掉了德机，这是空中作战史上摧毁敌机的第一个战例，也是最早的空战战术。此后，英国飞行员多次运用该战术，直到飞机装上武器为止。

1914年9月22日，英国海军航空兵首次空袭了德国，由萨姆森中校指挥的海军航空兵第一联队的四架飞机从敦刻尔克起飞，轰炸了位于科隆和杜塞尔多夫的齐柏林飞艇库，由于浓雾未取得成功。10月6日，英军2架载有炸弹的飞机再次轰炸了杜塞尔多夫飞艇库，投下的2颗9KG重的炸弹，准确地命中了目标，并引起了库存的28230m?的氢气的爆炸，致使整个飞艇连同飞艇库顷刻间化为乌有。1914年12月25日，英军3艘水上飞机母舰的7架水上飞机袭击了德国的飞艇基地，实现了舰载机对陆地目标的首次攻击。1915年，在达达尼尔海峡战役中，英国海军航空兵的1架水上飞机首次使用鱼雷击沉了一艘5000吨级的土耳其运输船，首创了舰载机对海上目标进行攻击的历史。

1915年1月22日，英机在敦刻尔克上空首次从空中击落了1架德国的信天翁飞机。1916年5月31日，英国1艘水上飞机母舰的武装侦查飞机参加了日德兰战役，写下了舰载机首次直接配合舰艇参加海战的历史。在1917年11月20日进行的康不雷战役中，英军派出了1000多架飞机参展，这些飞机低空盘旋，以对地共炸和机枪扫射支援地面部队作战，他们还轰炸了德军的炮兵阵地的指挥部。经过了10个小时的激战，英军突破了德军的防线，俘虏德军8000多人，缴获了火炮100门，航空兵在这次战役中发挥了关键性的作用。此次战例引起了世界各国的普遍重视，可以说加快了人类航空史发展的进程。

战争期间，英国航空兵的编制是：1个联队下辖2到4个中队，每个中队辖有3个小队，每个小队有6架飞机，后来增加到了8架。在空中力量的运用上，英国航空兵成功地遂行了航空侦查、轰炸、支援地面部队作战等任务。海军航空兵部队逐渐形成了侦查、攻击、战斗等不同的机种，成为了海军奉行的巨舰大炮主义的重大挑战。不过由于海军航空兵的作战能力有限，战术运用也才刚刚开始探索，所以仍然处在辅助性的保障地位。1918年9月，英国海军第一艘真正意义上的航母，白眼巨人号建造完成，同时还首先发明了岛式上层建筑，双层机库和装甲飞行甲板等有利于航空兵舰载机进步的技术，使得海军航空兵的潜力得到了证明，并且产生了早期的航母雏形。

在第一次世界大战中，英国皇家飞行队和海军航空队在支援陆军作战、争夺制空权和实施战略性轰炸等方面都发挥了独特作用，充分证明了自己的价值。但是也暴露了不少问题，如自成体系、分散指挥、难以集中使用力量、重复浪费，甚至互相倾轧。其次，在战争中，德机对英国频繁空袭，造成近5000人死伤，使得广大民众感到恐慌，不满情绪日益高涨，他们强烈要求成立一支独立的空中力量对德国进行报复。

由于上述原因，英国政府一方面优先发展航空工业，加快飞机的生产速度，并重视提高飞行人员的作战能力，另一方面，指定以简·斯马茨上将为首的一个委员会进行调查研究。经过多次研究讨论，该委员会提出应成立一支独立的空军，由空军部直接领导。1918年4月1日，英国皇家飞行队和皇家海军航空队合并，成立了统一的皇家空军，由少将休·特伦查德爵士出任第一任空军参谋长。从此，英国皇家空军成为与陆、海军平行的独立军种，这也是世界上最早建立的一支独立的空军部队。