Vzhledem k tomu, že více jak polovina německých ponorek byla potopena spojeneckými letadly, byl na protivzdušnou obranu kladen veliký důraz. Ponorky byly nuceny strávit na hladině spoustu času dobíjením baterií a doplňování zásob vzduchu, zejména před montáží schnorkelů, kde byly v neustálém nebezpečí vzdušného útoku. I když ve většině případů ponorky hledaly úkryt v hlubinách moře, vyskytly se i situace, kdy nezbylo než se bránit a pokusit se letadlo sestřelit. Tak se podařilo sestřelit nejméně 128 letadel.
Na počátku války byly ponorky obvykle vyzbrojeny jednohlavňovými 2 cm protiletadlovými kanony, nejčastěji typu C/30. Němci je nazývali Flak od slova Flugabwehrkanone. Ponorky typu IX byly od roku 1941 vyzbrojovány 3,7 cm kanony typu SK C/30U.
V letech 1939 až 1940 byly protiletadlové
zbraně montovány na plošinu za věž, zvanou zimní zahrada. Brzy se ovšem ukázalo,
že tato konfigurace nezajistí efektivní protivzdušnou obranou. Proto byly následujících
letech věže ponorek (něm. Turmumbau) několikrát přestavěny pro zajištění lepší
obranyschopnosti.