Продвинувшись за Арденны и прорвав Мёз, немецкие панцеры могли действовать на открытой местности, используя свою скорость и дальность, чтобы создать непоправимую брешь в обороне союзников. На самом деле, панцерные войска продвигались так быстро, что вскоре оторвались от безмоторных сил . Обеспокоенный перспективой того, что панцеры могут быть атакованы с уязвимых флангов, фон Рундштедт приказал фон Клейсту замедлить продвижение, чтобы дать возможность пехоте догнать их. Услышав приказ, Гудериан в ярости пригрозил подать в отставку. Генерал фон Рихтхофен вмешался, заявив, что его VIII авиакорпус сможет обеспечить безопасность флангов панцергренадеров, фактически заменив воздушной мощью пехоту и артиллерию. Фон Рундштедт неохотно согласился. VIII авиакорпусу было приказано "следовать за панцергруппой фон Клейста к морю". Выполняя обещание фон Рихтхофена, истребители и пикирующие бомбардировщики Люфтваффе с поразительной быстротой были переброшены на поддержку быстро наступающих панцеров, сведя на нет несколько попыток французской армии организовать контратаку.
Для обеспечения непрерывной непосредственной воздушной поддержки при необходимости обслуживающий персонал, авиационное топливо, запасные части и боеприпасы доставлялись по воздуху на вновь созданные передовые оперативные авиабазы транспортными самолетами Ju-52. Благодаря опыту, полученному в ходе частых предвоенных маневров и операций в Испании, Люфтваффе создали около 117 моторизованных колонн, способных двигаться вместе с механизированными частями армии. Эти мобильные аэродромно-строительные роты и инженерные подразделения в считанные часы создавали передовые авиабазы или превращали захваченные аэродромы в оперативные базы, что позволяло Люфтваффе поддерживать высокую частоту вылетов, необходимую для поддержки быстро движущихся бронетанковых колонн. Роберт Ситино отметил: "Эта кампания ознаменовала истинное рождение "воздушно-сухопутного боя".
Всего через три дня после разговора Черчилля с Рейно положение союзников стремительно ухудшалось. Кроме того, росло понимание того, что вермахт открывает новые горизонты в военных операциях. Выступая на совместном заседании Конгресса, президент Франклин Рузвельт упомянул о немецких методах, отметив: «Элемент внезапности, который всегда был важной тактикой в войне, стал еще более опасным из-за удивительной скорости, с которой современная техника может достичь и атаковать страну противника». Пока панцеры продолжали свое продвижение к Ла-Маншу, у Черчилля открылись глаза. 24 мая расстроенный премьер-министр написал генералу Гастингсу Исмею, своему начальнику штаба и советнику, следующее: «Очевидно, немцы могут идти куда угодно и делать что угодно, а их танки могут действовать двойками и тройками по всему нашему тылу, и даже когда они находятся, их не атакуют. Кроме того, наши танки отступают перед их полевыми орудиями, а наши полевые орудия не любят принимать на себя огонь их танков». Годы спустя Черчилль вспоминал: «Я был потрясен полной неспособностью справиться с немецкой бронетехникой, которая, имея несколько тысяч машин, охватывала весь разгром могучих армий».
Панцеры достигли Аббевиля 20 мая, отрезали основные британские и французские армии, прижав их к Ла-Маншу в Дюнкерке. 28 мая Бельгия капитулировала. В тот же день Гудериан получил в командование панцергруппу из двух корпусов - панцергруппу Гудериана - панцерную армию, если не считать названия. Хотя большая часть британских экспедиционных сил и некоторые французские войска были успешно эвакуированы в Великобританию, союзники потерпели сокрушительное поражение. Разогнав менее чем за месяц сливки союзных армий, вермахт повернул на юг и в кратчайшие сроки прорвал оборону Франции. Париж был взят 14 июня, а 22 июня было подписано перемирие, подтверждающее поражение Франции. То, что оказалось невозможным осуществить за четыре долгих года статической войны поколением ранее, было сделано за шесть коротких недель весной 1940 года.
Потери, понесенные в ходе кампании, отражали масштаб победы Германии. Французы потеряли около 90 000 убитыми и 200 000 ранеными, при этом 1,9 миллиона человек попали в плен. Общие потери британцев, бельгийцев и голландцев составили 68 111, 23 350 и 9 779 человек соответственно. Немецкие потери составили 27 074 убитых, 111 034 раненых и 18 384 пропавших без вести.