1998年12月17日0時49分，“沙漠之狐”行動開始。整個空襲行動由美國中央總部司令A.津尼負責指揮，共進行4輪，歷時70小時。
第一輪空襲主要由“企業”號航母戰鬥群的8艘軍艦從1000多千米外發起導彈攻擊，共發射200多枚“戰斧”巡航導彈，重點打擊伊防空系統、總統府和薩達姆國際機場等。第二至第四輪空襲主要由作戰飛機實施，同時輔以艦射導彈攻擊，轟炸目標包括被懷疑為研製和生產核、化學和生物等大規模毀傷武器的設施特別是導彈生產、儲存地和發射裝置，以伊拉克共和國衛隊和特種共和國衛隊為核心的武裝力量，伊軍指揮與通訊系統，以及機場、煉油廠、電臺電視臺、糧庫等基礎設施。
從印度洋迪戈加西亞基地起飛的B-52戰略轟炸機在伊空域外發射巡航導彈，對巴格達及其周圍目標進行轟炸；從科威特基地起飛的英國“旋風”戰鬥轟炸機集中轟炸伊南部地區；部署在巴林的B-1B戰略轟炸機首次用於實戰，重點攻擊伊地面部隊；F/A-18、F-14等艦載機及從科威特基地起飛的F-117A“夜鷹”攻擊機、F-15、F-16戰鬥機等也參與了空襲。20日，伊斯蘭齋月到來後，美英宣佈停止空襲。
不管美國發動沙漠之狐行動的最根本的原因是推翻薩達姆還是處罰其不配合聯合國的核查，或者二者都有之，在此次行動中，伊拉克的大量目標受到攻擊。28處防空導彈陣地和綜合防禦設施受到攻擊，其中一處被摧毀。19處安全機關的辦公場所受到攻擊，其中有2處被摧毀。5個機場受到攻擊，但沒有一個被摧毀。23個指揮所被攻擊，其中5個被摧毀。8個共和國衛隊的設施被攻擊，但沒有一個被摧毀。據美國防部估計，伊拉克軍隊共有1600人喪生，伊拉克的大規模殺傷性武器能力退後兩年。
“沙漠之狐”行動持續70個小時，出動各型作戰和保障飛機650餘架次，向伊拉克境內發射“戰斧”式巡航導彈325枚、AGM-86C巡航導彈90枚，投擲各種炸彈600餘枚，其中鐳射制導炸彈230枚，對伊拉克境內的防空系統、通訊樞紐、空軍基地、共和國衛隊營地、工廠和武器庫等120餘個目標實施了攻擊，97個目標被擊中，43個目標被嚴重摧毀，42個目標受到中等程度破壞，12個目標被輕度破壞。空襲期間，伊軍除動用防空炮火進行射擊外，未起飛作戰飛機和發射雷達制導的地空導彈。
此次任務嚴重毀壞了伊軍位於阿爾庫特的阿爾尼達共和國衛隊師的兵營。打擊共和國衛隊是為了在他們與伊拉克常規軍隊之間打入一根楔子，鼓勵常規軍隊反抗薩達姆。在此之前，美軍的心理戰部隊拋撒了大量的傳單，告訴常規陸軍部隊，美軍在此次行動中不會特地去攻擊他們。B-1B攻擊阿爾庫隊的共和國衛隊就是為了達到這個目的。除了打擊共和國衛隊兵營以外，B-1還對伊拉克第二大城市巴士拉的煉油廠進行了轟炸。在整個沙漠之狐行動中，四天裡B-1B三次出動雙機編隊，對目標投放了500磅的MK82重心炸彈。
美國防部最初選擇了250個攻擊目標，但是由於克林頓總統不願意攻擊行動持續至穆斯林齋月中，最終攻擊目標削減至100個左右。沙漠之狐行動也是美軍首次大規模使用智慧炸彈發動空中攻擊的一次行動。美軍空射和艦射巡航導彈的攻擊佔據了整個行動的三分之二。
此次行動也是美空軍B-1B轟炸機首次參戰。共有7架B-1B轟炸機參加了沙漠之狐行動，這些飛行在參戰之間都完成了布洛克D升級，這提升了該型機的常規作戰能力，這些轟炸機可以使用全球定位系統座標來幫助瞄準目標，從而極大提升了攻擊的準確率。
沙漠之狐行動足以給薩達姆一個教訓，但是B-1B對伊拉克的作戰任務還未結束，因為薩達姆仍在臺上，這場戰鬥只能留到四年後的伊拉克自由行動中去了，因為B-1B很快要前往巴爾幹地區執行新的任務
空襲主要以美海軍軍艦發射“戰斧”巡航導彈和美英空軍投擲的精確制導武器為主。空襲行動由美國中央軍區司令部的安東尼·津尼將軍指揮，共出動包括美空軍B-1B轟炸機；美海軍EA-6B電子戰機、F-14戰鬥機和F/A-18戰鬥攻擊機；英國空軍“狂風”戰鬥機在內的650架次飛機。4輪空襲共發射巡航導彈共425枚，投擲炸彈600枚。
空襲目標除伊拉克導彈的研究與生產設施及與導彈研製有關的經濟目標外，還包括共和國衛隊的兵營、總統府，電臺、電視發射臺和油田等近100個目標。伊拉克政府事後聲稱一些住宅區及一所婦產醫院也遭到轟炸，造成62名伊拉克士兵死亡，180人受傷，約500名平民傷亡。
交戰雙方在各自發表的戰報中所公佈的巡航導彈數字顯然有很大的分歧，美軍聲稱在前兩輪空襲中就發射了500枚戰斧巡航導彈，而伊拉克則宣佈，摧毀了來襲的100多枚巡航導彈
1998年12月17日凌晨美、英兩國首輪連續兩個波次對伊實施大規模空襲行動之後，18日凌晨又對伊拉克進行了第二輪空襲行動。空襲仍然分兩個波次進行：第一個波次大約在北京時間凌晨零時26分左右，主要是由從科威特空軍基地起飛的英國旋風式攻擊機完成的；第二個波次大約在北京時間凌晨1時20分左右，主要是從印度洋迪戈加西亞起飛的B-52H戰略轟炸機完成的
1991年的海灣戰爭，是歷史上非常少見的一次戰爭，伊拉克給多國部隊半年的時間進行準備，戰爭中雖經歷了某激烈的交戰，但最後仍是坐以待斃。這次空襲就更是一邊倒，美國和英國動用最代化的高技術武器裝備對伊進行大規模空襲，而伊拉克則基本上是使用輕型武器和非制導武器進行抵抗，這種空襲與反空襲的較量完全不是在一個水平上進行的，就連平時的正常軍事訓練中的對抗強度也不如。
所以，不能過分喧染此次空襲作戰的樣式和效能。很簡單，這種沒有電磁干擾環境、沒有惡劣氣候影響、沒有強威脅對手的空襲作戰，對指導現代戰爭和未來戰爭沒有多大的軍事價值和實用價值。
美國透過這次軍事行動，確立了在中東地區多年來、特別是無所作為和步步後退的被動局面，轉而掌握了主動權。在世界上，也向各國表明，在即將步入21世紀的時刻，美國發動這樣的空襲，旨在證明，美國有能力、有實力在未來世紀中維持超級大國的地位。如果這種強權政治和為所欲為的行徑在國際上得不到譴責和制裁，必將對今後的國際安全和國際新秩序帶來不利影響，人們會認為長期追逐的和平目標日漸暗淡，只有發展軍事力量才能維護安全。
