戰爭的第一階段是戰略空襲，摧毀伊拉克的戰略目標，首先進行全面電子干擾。
在開戰前的數月中，多國部隊已經截獲伊拉克的眾多電子信號，查明了伊拉克各電台的高頻、甚高頻和特高頻信號。
1991年1月16日，多國部隊開始對伊境內的各種通信信號實施全面電子干擾，多國部隊投入的電子戰飛機有EF-111、EA-6B、EC-130等共60余架，EF-4G反雷達飛機24架，另有幾顆電子偵察衛星及幾十個地面無線電監听站。空襲開始後，伊軍多數雷達處于迷盲狀態，無法監視多國部隊的飛機，致使其對空導彈無法截獲空中目標，防空系統受到了嚴重的「軟殺傷」。多國部隊大量使用反雷達導彈，使伊軍許多處于開機狀態的雷達被摧毀。
第一波攻擊
1991年1月17日凌晨，以米國為起「沙漠風暴」空中打擊作戰行動。
1991年1月17日凌晨2時39分，9架裝備有「地獄火」導彈和「九頭蛇」火箭的AH-64「阿帕奇」攻擊直升機組成的「諾曼底」特遣隊在3架空軍H-53J「鋪路激光」特種作戰直升機的引導下，率先發起突擊，摧毀了伊拉克邊境上的2座預警雷達站。
1991年1月17日凌晨米第37戰術戰斗機聯隊的數架F-117「夜鷹」隱形戰斗機飛過伊軍預警雷達站，深入到伊拉克雷達覆蓋區。
1991年1月17日凌晨2時51分，F-117「夜鷹」隱形戰斗機投下了「沙漠風暴」行動的第一顆炸彈，攻擊了伊拉克南部一個加固的防空截擊指揮中心，接著又向伊拉克西部的一個地區防空作戰中心投下第二顆炸彈。與此同時，其他F-117隱形戰斗機也相繼摧毀另外一些高等級目標。
1991年1月17日凌晨3時正，兩架F-117A隱形戰斗機對巴格達投下了首批炸彈。不久，「戰斧」式巡航導彈開始襲擊巴格達地區的目標。組成第一攻擊波的攻擊飛機實際上包括3個單獨機群，其中包括30架F-117A隱形戰斗機。在最初個防空系統、C3、電力和領導機構的關鍵目標遭到隱形戰斗機的攻擊。在1個小時內，另外25外同類目標以及配電站和化學武器設施也遭到襲擊。
1991年1月17日凌晨3時許從米國路易斯安那的巴克斯代爾空軍基地起飛的B-52戰略轟炸機經過11小時航行抵達伊拉克上空，從空中發射了35枚常規巡航導彈，襲擊了伊拉克軍用通信站、發電廠和輸電設施。
在最初的24小時內，部署在波斯灣和紅海上的7艘戰艦共發射了116枚「戰斧」式巡航導彈，襲擊了巴格達及附近16個嚴密設防的目標，一定程度上破壞了伊拉克的發電設施及指控控制能力。
米海軍的飛機也加入了對伊空襲作戰，它們從紅海和波斯灣以及波斯灣周圍的基地起飛，攻擊了巴格達附近以及伊拉克西南部、東南部的目標。從紅海「肯尼迪」號和「薩拉托加」號航母起飛的海軍飛機，與米空軍和英皇家空軍的飛機一起，對巴格達和伊拉克西部嚴密設防的機場實施了攻擊。其目標主要包括「飛毛腿」導彈發射場、機場和防空系統。此外，米海軍的作戰飛機還執行了許多壓制伊防空系統的電子戰任務。與此同時，英國皇家空軍、沙特皇家空軍以及駐沙特東部的科威特空軍，則從中路襲擊了伊拉克南部和中部地區的固定戰略目標。
第二波攻擊
1991年1月17日黎明，多國部隊第二波攻擊開始。由于一些適于白天作戰的飛機加入，空襲的規模進一步擴大。整個晝間，米空軍的A-10「雷電」攻擊機出動了150架次，襲擊了科威特戰區和伊境內的雷達站，而F-16戰斗機則重點攻擊科威特戰區內的機場和許多地對空導彈發射場。在拂曉前後的幾個小時中，米海軍陸戰隊的百余架飛機突擊了伊軍嚴密設防的泰利勒、謝拜人古爾奈和魯邁拉等伊空軍基地停放在跑道上或飛機掩體里的飛機。其中31架飛機攻擊了泰利勒機場，36架飛機擔負著襲擊巴士拉城內及周圍地區其他目標的任務，10余架飛機突擊了嚴密設防的謝拜機場。另外，還有一些飛機攻擊了巴士拉郊外阿馬拉的機場、橋梁和鐵路調度場。
「沙漠風暴」行動發起後的第一天傍晚，伊拉克戰略C3網絡、號稱固若金湯的戰略防空系統以及主要的領導指揮設施都遭到多國部隊空軍的毀滅性打擊。部分已探明的核生化武器和設施也遭到了不同程度的打擊。此外，多國部隊的空中力量還挫敗了伊空軍進行協同抵抗的企圖。
第三波攻擊
1991年1月17日夜幕降臨時，多國部隊發起了第三波空中攻擊，打擊的重點仍是伊拉克的戰略目標，尤其是一體化防空系統。黃昏後不久，多國部隊的F-111和A-6E飛機襲擊了伊拉克機場。這一天，駐扎在土耳其因契爾利克空軍基地的米聯合特遣隊精銳部隊的飛機集中攻擊了伊拉克北部的摩蘇爾、基爾庫克、提克里特、蓋雅拉和埃爾比勒等地區的目標。其間，該部編成內的EC-130、KC-135和EF-111A等支援飛機在F-15戰斗機的掩護下于伊拉克北部邊界附近建立了空中航道。到第一個24小時結束時，巴格達市內及附近約40多個關鍵目標被擊中。
1991年1月18日，多國部隊的空中力量仍繼續對伊拉克境內及科威特戰區的戰略目標展開全方位打擊。從凌晨4時到5時30分，多國部隊出動80多架具有夜戰能力的飛機，如F-117A、F-15E、F-111、A-6以及英國皇家空軍與意大利空軍的GR-1飛機，襲擊了伊拉克防空系統、核生化設施、領導指揮機構以及機場等目標。
從開戰第一天起，多國部隊的部分空中力量就對共和國衛隊和科威特境內的前線伊軍裝甲部隊發起了攻擊。1月18日天亮後，多國部隊出動近百架次的F-16戰斗機攻擊了塔瓦卡爾那共和國衛隊師；另出動約150架次A-10攻擊機襲擊了沙、科、伊三國交界地區及西部的伊軍，該地區是爾後地面作戰時多國部隊側翼機動部隊通過的地域；海軍陸戰隊的大批飛機襲擊了巴士拉以西共和國衛隊的麥地那師。
1月18日中午，多國部隊海軍的飛機襲擊了馬姆蓋斯爾附近的伊拉克海軍設施，摧毀了謝拜和艾哈邁德杰拜爾機場和機庫以及停機坪。此外，多國部隊還用「戰斧」巡航導彈襲擊了伊拉克的石油、電力設施和領導指揮機構。
隨著夜幕降臨，多國部隊又展開了新一波次的空中打擊。裝有前視紅外裝置和雷達的多國部隊飛機襲擊了伊拉克共和國衛隊後方的橋梁，切斷了其與後方補給基地的聯系。從米國本土起飛的7架B-52重型轟炸機突擊了科威特戰區內的伊共和國衛隊各師。午夜前，12架F-117A隱形戰斗機轟炸了伊拉克的C3系統、領導指揮機構和戰略防空等主要設施，其中包括巴格達市內的國防部、情報部和內務部。
到18日結束時，急剎車部隊海軍為支援空襲共發射了216枚「戰斧」巡航導彈，佔整個「沙漠風暴」行動期間發射總數的64%。在此期間，波斯灣作戰編隊的3個航母戰斗群「中途島」號、「突擊者」號和「羅斯福」號所出動的數百架次飛機中有一半以上用于襲擊伊海軍設施、海岸防御基地以及伊拉克用于監視艦艇作戰的設防石油平台。具體目標為︰烏姆蓋斯爾的港口設施、伊海軍基地和「冥河」導彈儲存庫；法奧、阿卜杜拉港、卡魯島和烏姆邁拉迪姆島的伊軍海岸防御陣地；米納巴克爾石油終端站及平台和阿馬亞石油平台等。為配合空襲，從紅海和波斯灣航母戰斗群起飛的米海軍飛機共完成了1100架次的出動任務。
1991年1月19日，天氣驟變，伊拉克上空出現了氣象學上稱之為「鋒面」的惡劣天氣，多國部隊在隨後3天的空中行動受到了嚴重影響。許多襲擊任務被迫取消，一些飛機轉而攻擊其他不太重要的目標。即使有些飛機按原計劃行動，攻擊效果也不盡如意。與此同時，執行任務的飛機遇到的危險卻越來越大。另外，由于事實證明壓制伊拉克「飛毛腿」導彈的任務難度超過戰前估計，故多國部隊從開戰的第三天起抽出相當力量專門對付「飛毛腿」導彈的威脅，並為此調用了原計劃攻擊其他目標的飛機架次。
從1月17日凌晨到23日夜的一周時間內，多國部隊的空中力量共出動各型飛機1.2余萬架次，投彈量超過6萬噸，重點打擊了伊拉克境內和科威特戰區內的伊領導指揮設施、發電設施、一體化戰略防空系統、電信和C3樞紐、核生化設施以及伊空軍和機場等戰略性目標群。據米中央總部和情報部門統計，在「沙漠風暴」行動第一周結束時，多國部隊對幾類預定目標的攻擊取得了重大戰果。
在開戰的第一周內，多國部隊的飛機全方位地襲擊了伊科各地的伊拉克戰略及戰術目標群。米空軍的F-117A「夜鷹」隱形戰斗機、F-16「戰隼」多用途戰斗機、B-52「同溫層堡壘」戰略轟炸機、A-10「雷電」型攻擊機和F-4G「野鼬鼠」電子對抗機、美海軍和海軍陸戰隊的A-6E「入侵者」攻擊機和FA-18「大黃蜂」戰斗攻擊機、AV-8B「鷂」式垂直起降攻擊機，突擊了伊拉克防空雷達、通信樞紐和各個軍事司令部。英國皇家空軍和沙特皇家空軍的GR-1戰斗轟炸機襲擊了伊拉克機場，摧毀了，壓制了伊防空系統。
通過第一階段戰略性空襲的作戰，多國部隊空中力量以80%的成功率使伊軍指揮控制系統、空軍基地、防空體系和導彈基地等受到嚴重破壞，伊軍地面部隊也遭到沉重打擊。多國部隊擊落伊作戰飛機14架，在地面摧毀伊飛機25架以及伊拉克「飛毛腿」導彈機動發射架10多部。在作戰中，多國部隊共損失飛機22架，其中米國損失14架，英國損失5架，科、沙、意損失各1架。除1架米軍FA-18「大黃蜂」戰斗機因自身原因墜毀外，其他16架飛機皆被伊軍陸基防空火力所擊落。