大西洋海战（英语：Battle of the Atlantic，该词出自于英国战时首相温斯顿·丘吉尔）是第二次世界大战期间，德国同英、美为争夺大西洋制海权而进行的海战。它是战争史上时间最长、最复杂的持久海战。
第一阶段：（1939.9-1941.12）
德国投入的破坏交通线兵力有战列舰、战列巡洋舰、巡洋舰、由商船改装的武装袭击舰等水面作战舰只，以及潜艇和航空兵。英国以海、空兵力进行保护交通线斗争，并对德国实施海上封锁。
1940年6月德军侵占法国后，其潜艇从布雷斯特、洛里昂等法国港口进入大西洋，在西经25°－30°以西海域进行袭击；其远程轰炸机从挪威机场起飞，袭扰爱尔兰以北的大西洋航线。英国建立北爱尔兰基地，并以纽芬兰和西印度群岛的8个海空基地交换美国50艘退役驱逐舰，加强反潜护航作战。
随着战列舰“施佩伯爵号”和“俾斯麦号”等大型水面舰只先后被击沉，自1941年6月起，德国水面舰只的破交战日益降至次要地位，潜艇开始成为破交战的主要手段，形成破交战第一个高潮。
为对付德国的破交战，英国在美国、加拿大支援下，对大西洋交通线进行全线护航。在这一阶段的作战中，英国“皇家橡树号”战列舰、“胡德号”战列巡洋舰、“勇敢号”航空母舰、“光荣号”航空母舰被击沉。
第二阶段：（1942.1-1943.5）
美国参战后，德国实行无限制潜艇战，作战范围扩大到大西洋西岸北美至巴西沿海海域（包括加勒比海），将数个潜艇群（每群编有潜艇4－5艘）部署在纽芬兰、新斯克舍、纽约、哈特勒斯角等地外海和加勒比海，袭击同盟国的商船队。美国加强护航制度，使德国潜艇的活动受到限制。
德国为更有效地开展潜艇战，除部分潜艇留在加勒比海外，将大部分潜艇调往远离美海空基地的中大西洋。英国依托大西洋上的基地，组成7－8个以航空母舰为核心的包括多艘战列舰、巡洋舰组成的搜索舰队；美国则组成多支以航空母舰为核心的包括战列舰、巡洋舰和潜艇在内的特遣舰队，分布在大西洋海域坚持开展保交战。
1942年7月，英国和美国进一步加强护航制度，海军开始装备机载搜索雷达、磁探仪和新式声纳、深水炸弹等武器装备，航空兵的巡逻范围扩大到北起格陵兰、南至弗里敦的北大西洋广阔海域。在这一战区所有海空基地800海里半径以内海域活动的盟军作战舰艇，均可得到远程反潜巡逻机的支援与配合。德国潜艇群则部署在北大西洋、加勒比海和南大西洋，甚至进入印度洋活动。破坏交通线与保护交通线斗争异常激烈。
1943年初再次出现潜艇战高潮。为适应大西洋战场形势，盟军投入更多的反潜航空母舰编队和远程反潜巡逻机，给德国潜艇以更为沉重的打击，迫使德国于1943年5月将剩余潜艇撤离大西洋。
第三阶段：（1943.6-1945.2）
德国为改变大西洋上的不利态势，加紧改装原有潜艇并研制新式潜艇和水中武器，并再次派遣潜艇群进入大西洋及印度洋。
随着整个战争发生有利于盟军的转折和美国强大军工生产能力转入战时轨道，英美已能够抽调更多的海、空兵力投入大西洋作战，加强以护航航空母舰为核心的反潜体制，1944年，美国的航空母舰已发展到125艘，英国也达到40艘。
盟军舰载和岸基反潜飞机迫使德国潜艇难以经比斯开湾航道进入大西洋。使猖獗一时的德国潜艇蒙受巨大损失。大西洋的制海制空权已基本为盟军所掌握。
盟军对德国工业尤其是潜艇制造工业基地的轰炸，使德国的战争潜力受到严重破坏，损失的潜艇难以得到补充。最后，大西洋之战以德国的失败而告终。
结果
大西洋之战德国彻底失败。
在大西洋海战中，美英参战兵力计有：战斗舰艇约3000艘，飞机800余架。在大西洋海战中，盟国及中立国共损失商船2100万吨，累计2603艘，平均每月损失37.5万吨，其中被潜艇击沉约1600万吨，占总损失吨位的76%。还损失了战斗舰艇175艘。其中英国损失了30000名商船船员和70000余名海军官兵。
德国共投入潜艇1160艘，损失830艘，其中有693艘都是在大西洋被击沉的。德国潜艇部队的40900名人员中，28000人阵亡，5000人成了俘虏。
大西洋海战标志着海底梦魇潜艇时代的终结，大西洋潜艇（反潜）战对日后世界各国海军战略战术及装备研制产生了深远影响。
