В состав антииракской коалиции вошли 28 стран. Наиболее активную роль в ней играли США, Англия, Франция, Египет, Сирия, а также страны Совета сотрудничества арабских государств Персидского залива: Саудовская Аравия, Кувейт, Бахрейн, Объединенные Арабские Эмираты, Оман и Катар. Турция предоставила авиабазы, позволившие авиации коалиции атаковать Ирак с севера.
Объединенные вооруженные силы союзников по решению ООН возглавил американский генерал Н. Шварцкопф. Он и председатель американского комитета начальников штабов генерал К. Пауэлл разработали план операции по освобождению Кувейта под условным названием «Буря в пустыне». К ее началу войска коалиции насчитывали около 600 тысяч человек и располагали 2 тысячами боевых самолетов, 4 тысячами танков и 3,7 тысячами орудий и минометов. С моря их поддерживали более 100 боевых кораблей 6-го и 7-го флотов США, в том числе 6 авианосцев и 2 линкора — ветераны Второй мировой войны «Висконсин» и «Миссури». Они были разбиты на три группировки. В Персидском заливе действовали более 30 судов, в том числе оба линкора и 3 авианосца — «Мидуэй», «Рэйнджер» и «Теодор Рузвельт». В Оманском заливе находились 30 надводных кораблей и 3 атомные подводные лодки. Северную часть Красного моря патрулировало свыше 20 судов, включая авианосцы «Джон Ф. Кеннеди», «Саратога» и «Америка» и 2 подводные лодки. Линкоры и подводные лодки были оснащены крылатыми ракетами «Томагавк».
Армия Ирака насчитывала до 900 тысяч солдат, 5,5 тысячи танков, 7,5 тысячи орудий и минометов и более 700 самолетов. Из этого числа на юге страны и в Кувейте дислоцировалось до полумиллиона человек, 4 тысячи танков и более 5-ти тысяч орудий. Ирак располагал 500 установками тактических ракет класса «земля — земля» СКАД с радиусом действия от 400 до 1200 км.
15 января, когда истекал срок ультиматума, начинался период безлунных ночей в районе Персидского залива. 17 января в 3 часа утра по багдадскому времени самолеты США, Великобритании, Саудовской Аравии и Кувейта подвергли массированной бомбардировке цели в Ираке и Кувейте. Объектами бомбардировок стали центры связи, система ПВО, аэродромы и другие военные цели. Перед началом налета американские корабли нанесли ракетный удар по Багдаду, Басре и другим иракским городам. Американцы впервые применили самолеты-невидимки F117A, изготовленные с использованием технологии «Стелле». Интенсивные бомбардировки продолжались трое суток. Были разрушены или выведены из строя иракский атомный центр вблизи Багдада, многие военные заводы и правительственные здания.
Иракская авиация не могла сражаться на равных с более современными самолетами союзников. В первый день боев на 2000 вылетов самолетов коалиции иракцы смогли ответить лишь одной сотней. За первую неделю активных боевых действий летчики союзников сбили 17 иракских самолетов, не потеряв ни одного. После этого иракские самолеты почти не поднимались в воздух. Авиация коалиции начала бомбить укрепленные ангары, где укрывались иракские самолеты. 150 машин летчики вынуждены были перебазировать в Иран, где их конфисковали в пользу иранских ВВС. Больше надежд Ирак возлагал на ракеты СКАД.
В период с 18 января по 25 февраля 1991 года иракцы осуществили 130 пусков по Израилю и Саудовской Аравии. Обстреливая Израиль, Хусейн надеялся спровоцировать израильтян на ответные военные акции. Это подорвало бы единство антииракской коалиции и могло заставить выйти из нее ряд арабских стран. Однако США удалось убедить правительство Израиля не поддаваться на провокации. Ракетные удары со стороны Ирака оказались очень неэффективны. В Израиле и Саудовской Аравии были размещены противоракетные комплексы «Пэтриот», которые сбили большинство СКАдов. Их задача была облегчена тем, что после модернизации, направленной на увеличение дальности полета, вес иракских ракет значительно возрос, а масса боевого заряда уменьшилась. Серьезный ущерб нанесла лишь одна из последних ракет, выпущенная 25 февраля 1991 года. Из-за ошибки компьютера в системе поиска на ракетной батарее «Пэтриот» один из СКАДов не был перехвачен и угодил в казарму в Дахране, убив 29 и ранив 100 американских военнослужащих.
Когда выяснилось, что первые три дня налетов не привели к полному уничтожению авиации и системы ПВО Ирака и к параличу командования иракскими вооруженными силами, руководство коалиции приняло решение продолжать массированные бомбардировки. Атаки с воздуха происходили в течение нескольких недель. В среднем в день свершалось около 2,5 тысяч боевых вылетов. С начала февраля атакам с воздуха подвергались также позиции иракской армии в Кувейте и казармы элитной республиканской гвардии на юге Ирака. Были уничтожены мосты через Тигр и Евфрат, вследствие чего войска Хусейна в Кувейте оказались изолированы от большей части территории Ирака. Иракские позиции также обстреливали 406-мм орудия американских линкоров.
23 января иракцы открыли вентили насосов танкерного терминала в Кувейте. Северная часть Персидского залива покрылась нефтью. Утечку удалось, однако, вскоре приостановить, так как точные удары американских штурмовиков F-111 вывели из строя коллекторы, контролирующие нефтяной поток.
Боевые действия на суше в это время ограничивались мелкими стычками. Американские морские пехотинцы захватили несколько мелких объектов на побережье Кувейта. С конца января иракцы стали уничтожать кувейтские нефтяные скважины и нефтехранилища. 30 января две иракские бригады попытались вторгнуться на саудовскую территорию в районе Рас-эль-Хафуши, но были разбиты саудовской национальной гвардией при поддержке американской авиации и морской пехоты.
15 февраля Ирак заявил о готовности уйти из Кувейта, однако не указал какие-либо временные рамки для отвода своих войск. Союзники не сочли это заявление серьезным и 24 февраля начали наземную операцию в Кувейте. Наступление велось по трем направлениям. На приморском фланге наступали 1-я и 2-я дивизии морской пехоты США и пехотные и танковые дивизии Саудовской Армии, Египта, Кувейта и Сирии. На центральном участке фронта удар наносили бронетанковые дивизии 7-го американского корпуса и 1-я английская бронетанковая дивизия. На западном, вспомогательном направлении действовали французские 4-я аэромобильная и 6-я бронетанковая дивизии. В резерве остался 18-й воздушно-десантный корпус США. Он должен был наступать на крайнем западном фланге и выйти к Евфрату.
В час ночи 24 февраля линкор «Миссури» начал обстрел кувейтского побережья и имитировал высадку десанта, чтобы отвлечь внимание противника. В 4 часа утра после артиллерийской подготовки началось основное наступление на Эль-Кувейт, Басру и Насирию. Для захвата эль-кувейтского аэропорта и островов Файлака и Бубиян были выброшены парашютные десанты. 25 февраля союзники освободили столицу эмирата. Попытки контратак со стороны вторых эшелонов 3-й и 7-й иракской армий были подавлены ударами с воздуха. Иракские солдаты, деморализованные непрерывными воздушными налетами, оказывали лишь слабое сопротивление. Американские, английские и французские войска прошли по иракской территории восточнее кувейтской границы и вышли в тыл частям республиканской гвардии.
Иракские войска оказались окруженными в Кувейте и в районах Басры и Насирии. 27 февраля территория Кувейта была полностью освобождена, а на следующий день капитулировала иракская армия на юге Ирака.
Президент Буш отдал приказ о прекращении боевых действий. Полная оккупация Ирака и падение режима Хусейна могли привести к непредсказуемым геополитическим последствиям, зачастую нежелательным для США и других участников коалиции. Вполне реальным становился распад Ирака и провозглашение на севере страны Курдского государства, что неизбежно вызвало бы активизацию партизанской войны на курдских территориях Ирана и Турции. Полная ликвидация иракской армии ликвидировала бы противовес для таких недружественных США, но враждебных Ираку стран как Иран и Сирия. Американцы хотели бы падения диктатуры С. Хусейна, который представлял угрозу миру в регионе Персидского залива и втайне разрабатывал ядерное и химическое оружие, но в тот момент падение хусейновского режима привело бы и к распаду Ирака, что было бы не в интересах США.