К вторжению на Британские острова готовились и германские сухопутные войска. В директиве Гитлера от 16 июля говорилось: "Учитывая, что Англия, несмотря на свое безнадежное военное положение, не проявляет никаких признаков готовности к соглашению, я решил начать подготовку и, если возникнет необходимость, высадить десант в Англии. Цель этой операции — устранить английскую метрополию как базу для продолжения войны против Германии и, если это потребуется, полностью захватить её". Германские войска должны были форсировать Ла-Манш, высадиться между Дувром и Портсмутом в составе 25 дивизий, а затем наступать с целью отрезать Лондон. Фронт предполагалось растянуть от Фолкстона до Богнора. Командовать армией вторжения должен был только что произведенный в фельдмаршалы Рундштедт.
Уже 17 июля был отдан приказ о размещении на побережье Ла-Манша тринадцати дивизий, которые должны были составить первую волну вторжения численностью 260 тыс. человек. В первом эшелоне предполагалось высадить 90 тысяч. Всю операцию главнокомандующий сухопутными войсками фельдмаршал Вальтер фон Браухич рассчитывал завершить в течение месяца, причем упорное сопротивление британских войск предполагалось лишь на протяжении первых двух недель. Однако высадка при атом предполагалась на широком фронте в 200 миль, что, по заключению адмирала Редера, было непосильной задачей для германского флота. Для того чтобы высадить на таком широком фронте 90 тыс. солдат с боевой техникой, требовалось 1722 баржи, 1161 моторный катер, 471 буксир и 155 транспортов. Даже если бы ату армаду удалось сконцентрировать в портах Ла-Манша (а это действительно удалось сделать), люфтваффе никак не смогли бы защитить их в портах от ударов британской авиации, а тем более в море и в период высадки — от атак британского флота.
К середине сентября Черчилль имел на Британских островах уже 20 боеспособных дивизий, включая три танковых, и одну танковую бригаду. Этих сил должно было хватить, чтобы остановить продвижение первой волны вторжения. А затем можно было надеяться, что королевская авиация и флот уничтожат германские десантные средства и вынудят армию вторжения капитулировать. Для немедленного же десанта в конце июля у германского флота просто не было необходимых транспортных средств в районе Ла-Манша, поскольку операции "Морской лев" до завершения французской кампании никто не планировал и заранее десантные средства не собирал.
На совещании 21 июля Редер предлагал перенести операцию "Морской лев" на май 1941 года. Однако Гитлер резонно возразил, что к этому времени германский флот все равно не сможет сократить разрыв с британским флотом, а британская сухопутная армия, да и авиация к тому времени наверняка усилится. И приказал готовить операцию к середине сентября. Ее начало в это время или перенос на май 1941 года зависели от того, сможет ли люфтваффе нанести английской авиации и флоту, а также военной промышленности такой урон, который исключит эффективное противодействие высадке.
В качестве предпосылки для осуществления десанта фюрер требовал: "Английская авиация должна быть настолько морально и фактически подавлена, чтобы она больше не могла противодействовать переправе германских войск в качестве заслуживающей упоминания силы… Желательно незадолго до переправы сковать британские военно-морские силы как в Северном, так и в Средиземном море, где будут действовать итальянцы. Уже сейчас надо попытаться нанести урон британскому флоту с помощью авиации и торпедных атак". Для достижения этих целей было предпринято массированное воздушное наступление на Британию.
Командование германских сухопутных сил настаивало на том, что армия вторжения должна состоять из 40 дивизий. Однако Редер полагал, что численность десанта не должна превышать 25 дивизий, иначе флот не сможет его снабжать. Но тогда десант уступал по численности личного состава и тяжелой техники британской армии, что существенно снижало шансы на успех.
13 августа начальник штаба оперативного руководства Йодль в меморандуме в качестве обязательных условий проведения операции "Морской лев" назвал гарантированное недопущение британского флота к району высадки и полное господство люфтваффе в воздухе над всей территорией Англии. Оба эти условия были практически невыполнимы. Даже если бы воздушное наступление на Англию имело определенный успех, люфтваффе не смогли бы полностью нейтрализовать британскую авиацию. А для нанесения тяжелых потерь флоту, укрывавшемуся в отдаленных базах, у Германии отсутствовала авианосная авиация.
16 августа фюрер решил отказаться от десанта в заливе Лайм, чтобы высадка производилась меньшими силами и на более узком фронте.
Директива ОКВ от 27 августа за подписью Кейтеля устанавливала окончательные планы десантирования в четырех основных районах на южном побережье между Фолкстоном и Селси Билл и восточнее Портсмута, чтобы овладеть рубежом Портсмут, Темза, восточнее Лондона у Грейвсенда. Одновременно проводилось демонстрационное сосредоточение плавсредств против восточного побережья Англии, которые в день "Д" должны были направиться к предполагаемым районам высадки, а с полпути лечь на обратный курс.
1 сентября началось сосредоточение десантных средств в портах Ла-Манша. Ранее делать это опасались из-за угрозы британских бомбардировок. 3 сентября 1940 года Гитлер определил 21 сентября днем начала операции "Морской лев". Он рассчитывал, что к тому времени британские истребители будут нейтрализованы. Транспорты должны были выйти в море 20 сентября, а окончательный приказ о начале операции должен был быть отдан 11 сентября. Однако уже 10 сентября британские ВВС начали наносить чувствительные удары по германским транспортам. 13 сентября легкие корабли Британского флота обстреляли Остенде, Кале, Булонь и Шербур, а авиация потопила 80 барж в Остенде. Стало ясно, что английская авиация не уничтожена и сохраняет боеспособность. Поэтому германское вторжение в Англию пришлось 17 сентября отложить на неопределенный срок. Этому решению Гитлера способствовали и большие потери, которые английская авиация нанесла германским судам, сосредоточенным в портах Ла-Манша. К тому времени был потоплен или поврежден 21 транспорт из 170 и 214 десантных барж из 1918. В случае же, если бы они вышли в открытое море и попытались осуществить высадку, они были бы гарантированно уничтожены еще до того, как подошли к британскому побережью. Уже 18 сентября пришлось отдать приказ о рассредоточении транспортов, чтобы не подставлять их под неприятельские бомбы. 12 октября было объявлено, что вторжение переносится на весну 1941 года, но в его успех уже никто не верил.
Необходимо подчеркнуть, что вплоть до сентября 1940 года операция "Морской лев" рассматривалась Гитлером и германским военным командованием как вполне реальный проект. Это доказывается тем, что для ее выполнения были привлечены основные силы люфтваффе и сосредоточен внушительный десантный флот. Однако в отсутствие господства в воздухе и на море этот флот, даже в случае успешной высадки, был бы очень быстро уничтожен британской авиацией и военно-морским флотом, которому слабый германский военно-морской флот не смог бы противостоять. Германские войска на британском берегу остались бы без снабжения и в скором времени вынуждены были бы капитулировать. Именно так произошло с германо-итальянскими войсками в Тунисе три года спустя, в мае 1943 года. Гитлер действительно начал бы операцию "Морской лев" в сентябре 1940 года, если бы люфтваффе к тому времени удалось завоевать господство в воздухе над Британскими островами и нейтрализовать действия британской авиации.
Формально операция "Морской лев" была отменена Гитлером только 9 января 1941 года. Однако уже с конца сентября 1940 года, когда проигрыш воздушного сражения над Англией исключил успешную высадку на Британские острова, она стала использоваться в качестве дезинформационного прикрытия будущего германского нападения на СССР.