3月21日到27日，美英联军发起代号为“震慑”行动的大规模空袭，其根本目标正如美国国防部长拉姆斯菲尔德所称，是以强大的轰炸来向伊拉克人民表明，萨达姆及其政权必定完蛋。与此同时，他认为，萨达姆政权正逐渐失去对伊拉克的控制。
在“震慑”行动之前、“斩首”行动之后，美英联军就曾对巴格达进行了两轮空袭。空袭目标是政府机构和要人住所。在这两轮空袭中，政府大楼、副总理阿齐兹的办公室和萨达姆妻子的住所等建筑物被击中，伊拉克计划部大楼燃起了大火。
21日20时09分，联军开始实施“震慑”行动，对巴格达发起新一轮空袭。这次行动由美国空军B-52和B-2远程战略轰炸机和战斗攻击机、位于地中海的“杜鲁门”号、位于红海的英国“皇家方舟”号、位于波斯湾的美国“星座”号、位于阿拉伯湾的“尼米兹”号海军各航母战斗群上的各型舰载机及直接发射巡航导弹的舰艇担任。主要目标是萨达姆官邸、政府领导机构、指挥中心、新闻部、国家电视台、卫星通信和其他通信设施及供电系统等。
美英空军出动了1000架次飞机，对伊拉克发动了猛烈袭击，这是自从战争爆发以来最大规模的一次袭击行动。一时间，近千枚巡航导弹和数千枚高威力炸弹如雨点般砸向伊拉克，巨大的爆炸声接连不断，首都巴格达也被浓重的火光、烟雾所笼罩。至此，联军代号为“震慑”的大规模空袭行动正式拉开序幕。英国《泰晤士报》3月22日刊登的一篇分析文章指出，联军此举重在通过威慑力量使伊拉克军队不战而降，达到不费一兵一卒推翻萨达姆统治的目的，体现了《孙子兵法》的最高境界：不战而胜。
在第一轮袭击中，美英联军向巴格达及郊区发射了320枚“战斧”巡航导弹，多于海湾战争的发射总数。后据美国五角大楼官员透露，美英空军当天共出动1000架次飞机对伊拉克发动猛烈袭击，总共发射了1000枚巡航导弹。
美国官员透露，劝降受挫是美军发动“震慑”行动的主要原因，而且美英联军总司令弗兰克斯的战争决策也跟劝降谈判的进程直接挂钩。
在“震慑”行动开始前，美国一直与伊拉克的精英部队共和国卫队领导人进行“面对面”的劝降谈判，并用无线电话、电子邮件以及传单等方式加强和其他伊拉克将军的接触，劝说他们不要为萨达姆卖命。然而，尽管有一些伊拉克官兵投降，但按照美国的原来设想，伊拉克军队应该几乎全部不战而降，因此美国很不满意。美国觉得，也许需要给伊拉克人继续施加压力，迫使犹豫不决的人们坚决倒向美国方面。
五角大楼官员放出话，如果美国不能实现其劝降目标，他们就将发动“扼杀性”的空袭，他们已经做好在22日晚上之前投放1500多枚炸弹和导弹的准备。战争头几天美国军队的作战战略，可以用“胡萝卜加大棒”概括。不管使用“胡萝卜”软手段加以引诱，还是使用“大棒”加以威逼，美国军队都只有一个目的，即劝说伊拉克军队投降、抛弃萨达姆，最终实现不战而胜。
在战争的前两天，美军只向一些精心选择的巴格达目标发射了100多枚导弹。在这种象征性的打击，或者说美国“胡萝卜”政策没有取得很大的效果以后，美国觉得应该采取“大棒”政策，充分显示美国的军事力量，以震慑敌军。美国国防部长拉姆斯菲尔德也说，美国希望通过这种残酷而精确的打击，向伊拉克人发送出萨达姆政权濒临末日的明确信号。因此，美英联军21日发动了大规模的“震慑”行动，除了摧毁萨达姆的重要政治军事据点以外，主要任务当然是威慑敌军。这次军事行动的目的是造成最大的威慑效果，而将对伊拉克的破坏最小化。
美国军队战前就已经为威慑伊拉克军队做好了准备。首先，美国军队建立了良好的新闻报道系统，史无前例地接纳了700名随军记者实现全天候的跟踪报道，以便萨达姆为首的伊拉克政权对联军推进巴格达的情况了如指掌。其次，美国军队还部署了在海湾战争中立下赫赫战功、让伊拉克人闻风丧胆的高精尖武器，其中包括B-52轰炸机、B-2隐形轰炸机和“战斧”巡航导弹等，主要给伊拉克人施加心理压力。此外，五角大楼还发动了一场规模空前的“网络战争”，通过电子邮件和移动电话等通信方式和伊拉克军官和政府官员联络，试图动摇他们的战斗意志，唆使他们背叛萨达姆。
号称“美军21世纪作战新理念”的“震慑”理论是1991年海湾战争后由7名退役军官提出来的。1996年，他们提交了一份题为《“震慑”：迅速取得支配地位》的报告，同年五角大楼出版了哈兰·K。尤尔曼和詹姆斯·怀德的军事著作《震撼和威慑：迅速占据优势》，阐述了一种全新的军事战略：“彻底摧毁和挫败敌方的抵抗意志，迫使敌方别无选择，只有接受我们的战略意图和军事目的。”他们指出，相对任何潜在的对手而言，美国军队在“军舰、坦克、飞机、武器，尤其是有能力的战斗人员”方面都占据优势。但未来战争不再强调摧毁敌人的兵力，而是要把重点转移到削弱敌人的战斗意志上来；实现作战意图的重要手段是美军具有震慑力的新技术武器特别是远程精确打击兵器；在新的作战行动中无需大规模投入兵力，只要少量精锐部队即可实现作战目的。这一理念很快引起了拉姆斯菲尔德的关注和欣赏，他于2001年成为美国的国防部长，也把这种观念带入了五角大楼。2002年《美国国防报告》十分清晰地反映了这一思想。该报告指出，未来战争将是以高技术为支撑的有限战争。高技术武器威力巨大，较少投入兵力，就能快速实现战略目的，战争形态将会呈现出小、灵、快、准的特点。
据说美军“震慑”理论是从《孙子兵法》中获得灵感的。其实，《孙子兵法》中也曾指出，“久则钝兵挫锐，攻城则力屈，久暴师则国用不足”，这正是美军后来处境的生动写照。
美军以“斩首行动”拉开了伊拉克战争的序幕，并声称要“在战争真正开始之前就结束这场战争”。然而，尽管美军使用了多种高新技术武器，美军的“震慑”行动没有迅速“震慑”住伊拉克军队，更没有使伊人民对美军表示“敬畏”。
“围剿”行动从4月9日凌晨开始，至4月15日24时主要行动结束。其主要任务是，在伊拉克全境围剿追杀包括萨达姆在内的55名被美军通缉的军政要人。美军要求联军“逮捕或者打死这些人”，清除当地隐藏起来的抵抗势力，搜寻大规模杀伤性武器。“围剿”行动的主要目的是彻底推翻萨达姆政权，重建伊拉克新政府。
4月9日凌晨，五角大楼官员在新闻发布会上说，美军已经在伊拉克全境取得制空权，伊拉克军队已经不能对美英联军的空袭行动构成威胁。伊军在巴格达的“有组织抵抗已经停止”。这天中午，巴格达市内持续两个小时的枪炮声逐渐减弱，萨达姆的官邸共和国宫也相对平静。下午，美国海军陆战队对巴格达东北部的萨达姆城进行了逐户搜查，控制了巴格达东部地区，但仍遇到狙击手袭击，劫掠者到处乱窜，联合国驻巴格达办事机构和伊拉克部分政府办公大楼遭到抢劫，大街上看不到警察的身影，巴格达的治安陷入混乱。美英联军对巴格达的打击重点也从军事、政权目标转移到与当地隐藏起来的抵抗势力展开白刃战。美军部队抵达巴格达城西的肯迪区。当晚，一批美军坦克和运兵车在没有遇到抵抗的情况下进入巴格达市中心，并到达底格里斯河东岸。美军坦克和运兵车从巴格达东南部向西部推进，坦克舱门敞开，运兵车上的部分士兵迅速跑向人行道，进入警戒状态。当天夜里，在美国海军陆战队的帮助下，萨达姆的巨大雕像在巴格达广场上被推倒。美军与伊拉克抵抗力量在巴格达城内各区交火，但强度逐渐减弱。美军占领了巴格达城西部一条高速公路，并开始对居民进行搜查，以收缴阿拉伯复兴社会党党员和“萨达姆敢死队”成员的武器。
看到上述情形，伊拉克驻联合国大使杜里承认，“游戏”已经结束，战争已经结束，现在伊拉克人民可以生活在和平之中。这是伊拉克官员第一次承认，美国以及盟国在对伊战争中取得了彻底胜利。
继9日美军与库尔德武装控制伊北部城市摩苏尔后，10日凌晨，大约12架美军战机再次袭击了伊拉克北部重镇基尔库克。美海军陆战队在战机掩护下突袭了巴格达东北部的萨达姆城，这是海军陆战队在巴格达城东的最后一个攻击目标。美海军陆战队从东、南、北3个方向向巴格达市中心集中。库尔德武装数百人在没有遭到任何抵抗的情况下进入位于巴格达东北部145公里，靠近伊朗边境的城市哈里尔。一些巴格达市民在美海军陆战队的眼皮底下对伊拉克高官的住宅进行大肆哄抢，其中包括萨达姆长子乌代的家，德国驻伊大使馆、法国驻伊文化中心也遭到哄抢。
10日下午，美特种部队控制了包括巴格达机场在内的5个重要机场，扩大了在伊北部城市摩苏尔的战果。美军还完全控制了伊南部的所有油田和伊拉克与叙利亚交界处的重镇加伊姆。美英联军建立的“走向自由”伊拉克电视频道开播，美国总统布什和英国首相布莱尔向伊拉克人民发表讲话，强调萨达姆政权正在崩溃，伊拉克人民将建立新的、自由、民主的伊拉克。巴格达依然混乱，巴格达的阿尔·金迪医院遭到一群武装分子洗劫，他们抢走了医院所有的东西，包括病床、电器以及医疗设备。其他医院也因为街头暴力和抢劫风潮而被迫关闭，这引起国际红十字会的忧虑。当晚，美特种部队和陆军进入石油重镇基尔库克。第101空中突击师的直升机抵达巴格达南部伊斯坎德里耶机场，准备参加在巴格达和伊北部地区的战斗。同时，由于巴格达市内偷盗、哄抢猖獗，美海军陆战队第7团受命立即采取措施，制止巴格达市内的哄抢行为。
4月11日子时，美军向位于巴格达以西110公里处的一栋萨达姆同父异母兄弟的住宅投下6枚联合直接攻击弹药（JDAM）。上午，在伊拉克北部城市基夫里附近，数千名伊拉克军人放下武器准备回家。下午，美军与伊拉克第5军团在北方重镇摩苏尔附近签署了正式停火协议。首批美军特种部队数十人乘11辆吉普车进入摩苏尔，约300多库尔德武装人员尾随其后。摩苏尔市内也发生了抢劫行为，美军开始进行警戒。在巴格达，美军士兵在坦克和装甲车的配合下，占领了伊拉克军方情报总部大楼。在伊叙边境，美军控制了伊拉克第11号公路，以防伊领导人逃往叙利亚。
4月12日，巴格达混乱和抢劫现象有蔓延之势。巴格达博物馆大约有17万件文物遭到抢劫或破坏，古代陶器和雕像的碎片散落一地，管理员办公室被砸毁。这些可以上溯到数千年前的反映人类古代文明的文物，价值连城。占领巴格达的美军没有接受博物馆工作人员的要求保护博物馆。为了阻止抢劫和控制混乱状态，巴格达市民拿起步枪，封锁了主要街道。巴格达和摩苏尔两市居民自发组成武装小分队，在伊拉克处于权力真空导致治安失控的情况下，维护城市秩序。下午，美军夺取了位于巴格达中部地区的最后一个效忠萨达姆的阿拉伯战士据点。美军第4机械化步兵师的人员通过空运抵达科威特，装备也通过海运到达。当天傍晚，萨达姆的高级科学助手阿米尔·萨阿迪向美军投降，它是美国通缉的55名伊拉克高官之一。美国海军陆战队控制了东部城市库特，开辟了一条从伊拉克南部到巴格达的新供给线。“林肯”号、“小鹰”号、“星座”号和“罗斯福”号航母战斗群陆续返航，美海军逐渐减少在海湾地区的力量。
4月13日晨，美海军陆战队快速推进到伊北部城市、萨达姆的家乡提克里特周边地带。下午，提克里特的15名部落领导人要求联军立即停止轰炸，并愿意同联军就和平投降展开谈判。提克里特主要部落的领导人给当地的萨达姆敢死队发布最后通牒，要求他们在美军停止轰炸后的48小时内放下武器。萨达姆兄弟沃特班伊·布拉希姆·哈桑在企图越境进入叙利亚时被美英联军俘获。当晚，美第4机械化步兵师先头部队开进伊拉克南部，增强美军地面部队力量。同时，美军对提克里特发动了大规模轰炸，数百辆坦克在空中掩护下对“萨达姆根据地”发动攻击。在提克里特南部郊外，美海军陆战队士兵在武装直升机配合下，同固守当地的2500名萨达姆支持者发生激烈交火。美军的黎波里特遣队，即美海军第1远征军士兵参与了当天的战斗。随后，美军进入提克里特市中心，同时大约有20辆美军坦克和装甲车通过底格里斯河进入提克里特市的主广场，占领了提克里特的总统行宫。美军宣布，伊拉克所有油田都被联军部队所控制。
4月15日，“围剿”行动基本目的达到，美军下令撤回航母战斗群。
在1991年海湾战争中，空中力量就充分展示了它的许多独特优点，在战争中独领风骚，出尽了风头。
在伊拉克战争中，空战不但拉开了战争序幕，而且整个第一阶段的“斩首”行动都是由空战单独来完成的。美军动用了4艘水面舰艇、2艘潜艇和F-117A隐形战斗机，共向伊拉克发射了72枚导弹（45枚战斧巡航导弹），空袭了包括萨达姆在内的伊拉克军政要员在巴格达的住地。在“震慑”行动的大规模空袭行动中，美英空军出动了1000多架次飞机对伊拉克首都巴格达等城市进行轮番轰炸，持续了3个多小时，共投下了3000枚炸弹，包括萨达姆官邸在内的一些目标被炸。“小鹰”号、“星座”号、“林肯”号航母战斗群参加了空袭行动。3月22日凌晨，美英联军向巴格达、摩苏尔、石油重镇基尔库克和萨达姆的家乡提克里特发动了多轮空袭，美英联军在这次行动中出动了数百架战机，使用了B-52战略轰炸机、巡航导弹和2000磅重型炸弹。到4月3日，美军在伊拉克战争中就发射了750枚巡航导弹和14000枚精确制导炸弹。在这之后，几乎每天都进行不同强度的空袭行动，对伊拉克军政要员的住所、指挥系统、通信系统、地面防空系统、电力设施等要害目标实施空袭，极大地动摇了伊拉克军心、民心，削弱了伊军士气、战斗意志和战斗力，大大加快了战争进程，为战争的胜利起到了决定性作用。
伊拉克战争中，空袭效果突出。美英联军充分利用空中力量的技术装备优势，对伊拉克重要军政目标进行全天候、不间断地空袭。同时，为避免遭到国际舆论的谴责，尽量减少附带损伤，“斩首”行动的首轮空袭始于战争一开始，美国从红海发射了“战斧”巡航导弹，同时使用了F-117A隐形战斗机，向巴格达市内和城南目标投掷了精确制导炸弹。第二轮空袭在第一轮空袭后15分钟发起，美军从位于红海和波斯湾的军舰上共同向巴格达发射了20多枚巡航导弹，还出动了2架F-117A隐形战机向巴格达投掷了4枚重达1吨的精确制导炸弹。第三轮空袭在第二轮空袭40分钟后进行，美军对巴格达的政府首脑机构等要害目标实施打击。在“震慑”行动中，美英联军的空袭行动，大都选择在凌晨或晚上实施。由于伊拉克军队雷达、电子和技术侦察手段受到夜暗影响和联军信息压制，夜间作战能力有限，难以有效地抗击联军高强度、高密度的空中突击，因而，伊军始终处在被动地位，战争节奏完全由联军所掌握。联军在伊周边国家部署了大量空军兵力，能够对伊实施全方位、全纵深打击，空袭目标遍及伊全国，完全没有前后方之分。而且，对各个区域目标的打击常常是同时进行。其火力投送模式是多手段、多方式、全纵深、高精度、高效能打击。战争中，美英实现了多手段火力投送：飞机投掷自由落体炸弹、滑翔炸弹、发射空地导弹，飞机或舰艇发射巡航导弹。动用的平台有战斗机、轰炸机、水面舰艇、潜艇等。美英联军充分动用远战优势，将多种距离出动飞机与多种距离投射弹药相结合，在伊拉克防空区外对伊战略战役目标实施全纵深打击。如从1.2万公里外出动B-1B实施临空轰炸或在800公里外发射巡航导弹，在1000公里以外的舰艇上发射巡航导弹，使用战斗机临空或距几百公里发射导弹。美英联军大量使用新型精确制导高能弹药，它们大都采用惯性制导、地形匹配制导、激光制导、红外制导、电磁辐射制导、热成像制导、电视制导和GPS制导，其战斗部有点杀伤、面杀伤效能，对萨达姆总统府大楼、通信大楼、电力系统和地下建筑物等诸多大型坚固设施实施精确摧毁。同时，也使用新型面杀伤武器，如CBU87/B（CEM）型集束炸弹实施覆盖式打击，对伊军造成强烈的心理震撼。美英联军还使用电磁脉冲炸弹和石墨纤维炸弹等新机理武器，打击伊军指挥控制系统，造成大面积、长时间的停电、停水，使伊军事、经济和生活保障系统陷于瘫痪，对伊拉克军民产生较大的心理震撼效果。
海湾战争后，人们一度认为，在现代战争中，陆军的地位下降，地面作战对战争进程和结局的影响下降。然而，伊拉克战争却颠覆了人们的这些看法，陆军在战争中发挥了不可替代的作用，陆战的地位依然很重要。
3月20日，出乎所有人预料，美军在对巴格达进行空袭的同时，地面部队的行动也开始了。当晚8时，2万名美海军陆战队员和第3机械化步兵师即越过伊科边境，向伊拉克发起进攻。与空袭行动相结合，在F-18“大黄蜂”战斗机和“眼镜蛇”武装直升机的掩护下，向巴格达挺进。同时，美军第82空降师、第101空中突击师，在伊南北两个方向实施机降和伞降，配合地面作战。
从美军兵力构成来看，陆军编制装备显著增强。兵种数量增多，除装甲兵仍是陆军主战兵力外，陆军航空兵作用突显。在南线地面作战中，美第3机步师第7骑兵团作为先头部队，在整个推进过程中，自始至终得到了第101空中突击师一个战斗航空旅的支援，这个战斗航空旅大约使用了100～200架“阿帕奇”武装直升机，在第3机步师的前沿50～100公里处，从空中进行侦察并对地面目标进行寻歼。另外，营以下作战单位越来越多地混合使用装甲车辆、火炮、战术导弹、武装直升机、运输直升机以及其他武器装备，包括多个兵种。陆军的编制规模向小型化、一体化方向发展。这将大大提高作战部队的灵活性和机动性。美国的陆军师由1.8万人减至1.2万人，并组建4种一体化部队：由装甲兵、炮兵、机步兵、导弹兵、攻击直升机分队组成的一体化地面部队；由多机种组成的空军混编联队和中队；编有“飞行坦克”的“陆空机械化部队”；由1个陆战旅特遣队、1个空军战斗机中队、1支海军舰艇部队和1个陆战队远征分队编成的陆海空“联合特遣部队”。陆军的合成层次更低，从原来的师、军合成发展到营、连合成。信息化程度显著增强。美国陆军于1993年开始建设数字化战场，它由3个信息网络组成：联通各部队的C4I系统和地面与空中武器平台的内部信息网；使战斗、战斗支援和战斗勤务支援3项职能联为一体的智能信息网；连接陆军战场信息网、战区内三军联合信息网和美全球信息网的综合信息网。在这次战争中，美军将其唯一的数字化部队第4机械化步兵师投入战场。该部队通过网络信息平台，可以实时有效地获取和处理战场信息，并使各战斗单元共享这些信息，并使夜暗或大雾等恶劣气象条件下执行作战任务成为可能。
从作战能力来看，美陆军的作战能力明显提高。作战范围大，推进速度快。一次大战时，火炮射程只有几公里，二次大战时，火炮射程增加到十几公里，而现在火炮射程已达几十公里。军队日推进速度，二次大战时，最快也只有十几公里，海湾战争中美第18空降军和第24轻步师，不到两天就向伊拉克纵深推进了200公里。而这次战争中，美军在投入地面部队的第二天，第3机步师就突入伊境内160多公里。同时，作战正面也大为增加，陆军的防御正面比二战时扩大了5倍。美陆军的远距离投送能力也大大提高。在伊拉克战争中，美军一体化作战能力大大提高。美陆军以联合作战为指针，建立一支结构合理、多能的一体化部队，成为一支高度灵活、反应迅速、能在各种冲突中发挥决定性作用的力量。它以联合作战理论统一陆军的理论、编制和作战方法，实现作战能力的全面一体化；以数字化部队作为参与联合作战的物质基础，大力加强陆军部队的数字化建设；从联合作战需要出发，改革作战编组，力求使部队指挥控制更有效、行动更灵活、战斗力更强。
