戰爭的第二階段是奪取科威特戰區制空權。
從第二周開始，多國部隊將空襲的重點轉移到了奪取科威特戰區制空權上來。從1月23日起，多國部隊開始使用重達近1000公斤的加固彈殼鑽地激光制導炸彈，直接攻擊藏在掩體內的飛機。美F-117A「夜鷹」隱形飛機重點襲擊了拜萊德和其他一些機場周圍的加固掩體，米F-111「土豚」戰斗轟炸機和英國皇家空軍的「旋風」與「掠奪者」飛機則從空中攻擊其他機場的掩體。此間，多國部隊的其他作戰飛機提供壓制伊拉克防空系統和提供掩護的支援。
在攻擊過程中，每架米制F-111「土豚」戰斗轟炸機攜帶多達4枚特制炸彈。通常情況下，多國部隊的一次攻擊出動F-111飛機20架。由于所有飛機必須在7分鐘內將所攜帶的精確制導炸彈投向目標，因此相當于每秒鐘投擲一枚炸彈。在多國部隊的打擊下，許多隱藏在掩體內的伊拉克飛機被摧毀。為避免空中力量被全殲，伊拉克政府決定將部分飛機轉移到伊朗境內。從1月26日起，約80架伊拉克作戰飛機越過邊界逃往伊朗。多國部隊迅速作出反應，先後派出F-15和F-14戰斗機在巴格達和伊朗邊界之間進行攔阻性空中巡邏，並擊落了幾架伊空軍的米格-23飛機。此後幾天內，伊拉克飛機被迫停止了逃亡行動。1月27日，米中央總部司令施瓦茨科普夫將軍宣布︰伊空軍已經失去戰斗力，多國部隊掌握了制空權。
由于天氣轉晴，多國部隊更多的成員國開始參加或增加了參戰強度︰卡塔爾空軍開始首次執行作戰任務，法國空軍也將其作戰行動地域由原來的科威特戰區擴大到伊拉克全境。在此期間，切斷伊拉克通往科威特戰區運輸線的空襲行動業已展開。此外，多國部隊空中突擊計劃人員從這一天起開始增加力量以孤立和摧毀伊共和國衛隊和在科威特戰區的伊陸軍部隊。1月29日，伊拉克地面部隊突入沙特阿拉伯沒有設防的邊境城鎮海夫吉，多國部隊遂抽出部隊空中力量對伊軍己空入的部隊及後續部隊進行突擊。
在「沙漠風暴」第二階段的7天作戰中，多國部隊共出動飛機1.8萬余架次，僅損失作戰飛機3架，1架為美軍的F-16，1架為美軍的AV-8B「鷂」式垂直起降攻擊機和1架英國皇家空軍的GR-1飛機。伊空軍在空中格斗中損失飛機11架。與第一階段相比，多國部隊出動的飛機次數增加近50%,但損失的飛機數量卻僅為前一階段的。
戰爭的第三階段是為地面作戰進行戰場準備。
從第三周開始，多國部隊的空中打擊進入第三階段，即進行戰場準備，為地面進攻奠定基礎。具體行動如下︰
1、繼續破壞伊拉克境內的重要橋梁︰
巴格達與科威特戰區之間交通線上的某些橋梁擔負著雙重任務，一方面用于伊軍向前線運輸補給品，另一方面，也是伊拉克通信電纜的載體。多國部隊空中力量切斷從巴士拉向南、經祖拜爾到科威特戰區的鐵路以及底格里斯河和幼發拉底河上橋梁的行動取得了顯著效果。遮斷攻擊大大減少了從巴格達到科威特戰區的補給運輸，使科威特戰區內的伊軍後勤供應變得極為困難和緩慢。到2月4日，抵達科威特戰區的補給數量已低于維持作戰所需要的水平。多國部隊轟炸橋梁和伊軍的C3系統對科威特戰區內伊軍的通信指揮網造成了嚴重破壞。
到2月初，沿科沙邊界線部署的軍和師的指揮部之間以及師與其下屬部隊之間的通信聯絡開始時斷時續。
2、摧毀科威特戰區內伊軍裝甲車輛︰
摧毀科威特戰區內伊軍的裝甲車輛，是多國部隊進行戰場準備的重要內容。為了躲避多國部隊的空中打擊，伊軍對裝甲車輛進行了精心偽裝，伊軍的坦克和火炮已疏散配置，並掩蔽在塹壕里，僅露出炮塔，周圍壘起沙袋，圍以沙堤。2月初，一架傍晚時分返回基地的多國部隊F-111飛機的飛行員發現，利用前視紅外裝置可以發現埋藏在沙漠中的裝甲車輛，並很容易確定裝甲車輛的位置。
2月8日，多國部隊F-111戰斗機率先使用了這種稱之為「射擊坦克」的新戰術︰攜帶4枚約250公斤重的GBV-12激光制導炸彈的F-111戰斗機采用這種方法輕而易舉地找到了單個坦克目標，並將其摧毀。這一戰術得到了多國部隊空中部隊司令部的認可，不久，A-6E和F-15E飛機也采用了這種戰術，並取得了同樣的效果。
3、實施強大的心理戰︰
多國部隊的空中力量在以火力全方位突擊伊、科境內各類目標的同時，還撒下了數以百萬計的心理戰傳單，號召伊拉克軍隊遠離自己的武器裝備，主要向多國部隊投降，以免遭到攻擊。大部分傳單由C-130飛機散發，F-16和其他飛機也參加了向伊軍散發傳單和警告的任務。此外，VH-1N直升機還載著會阿拉伯語的人員用擴音器喊話，沿科威特邊境勸說伊軍士兵投降。
多國部隊統計，在第三周內，他們共摧毀伊軍坦克300余輛、裝甲輸送車約3余門。
第四周，多國部隊攻擊的重點仍然是科威特戰區內的伊拉克部隊，「射擊坦克」的攻擊戰術得到全面運用。這時，伊拉克海軍已不再是一支有效的作戰力量；伊空軍和許多飛機或者被持中立態度的伊朗扣留，或者在伊拉克被炸毀；伊戰略防空系統也失去應有的作用；伊地面部隊的作戰能力在多國部隊空中力量打擊下嚴重削弱；伊全國的電力網已經癱瘓，石油加工業已經停產；伊核生化設施遭到打擊，生產生化武器彈藥和戰劑的能力遭到嚴重破壞；在多國部隊發起尋殲「飛毛腿」導彈的空中行動開始後，「飛毛腿」導彈的發射次數已大大下降。
截止到第四周為止，多國部隊共出動飛機7.2萬余架次，其中美軍出動6.5萬架次，其他成員國出動約7000架次。這一周多國部隊的飛機損失仍然很小，只有2架AV-8B「鷂」式垂直起降攻擊機和1架沙特皇家空軍的F-5飛機被擊落。伊軍地面部隊的損失情況為︰坦克約200輛，裝車輸送車近250輛，火炮300余門。
第五周，多國部隊空中打擊的重點仍然是科威特戰區的伊軍，同時繼續攻擊伊拉克戰略目標和防空體配系。其間，伊戰略防空系統更加無所作為，在伊拉克擁有的70多個作戰中心與報告站中，只有6個還處于工作狀態。多國部隊打擊伊拉克「飛毛腿」導彈的行動仍繼續進行，對所發現的形似「飛毛腿」導彈發射車輛的目標進行了直接攻擊，並在伊導彈可能發射和隱蔽的地域布撒了地雷，同時增加了搜索伊境內意外目標的空中預警飛機的架次。
多國部隊對通往科威特戰區交通線的遮斷攻擊行動仍繼續進行，攻擊目標多為伊拉克替換被毀橋梁的浮橋。在夜間，多國部隊利用行之有效的「射擊坦克」戰術大量摧毀和破壞伊軍裝甲車輛，而在白晝則將攻擊重點轉移到伊軍前線防御工事和各種車輛。針對伊軍所設的火壕，多國部隊的AV-8B飛機在白天向其投放凝固汽油彈，入夜後又派出F-117A飛機摧毀將原油灌入塹壕的泵站，從而使伊拉克這一令人生畏的防御工事失去應有的效能。同時，B-52「同溫層堡壘」戰略轟炸機對伊軍布設的地雷進行了地毯式轟炸，C-130飛機則投放BLV-82型巨型炸彈，重點攻擊伊軍的指揮所設施。在發動地面戰之前的4天中，多國部隊所出動的作戰飛機近90%飛往科威特戰區。僅2月23日，就摧毀伊軍坦克約178輛、裝甲輸送車近100輛、軍車202輛、火炮200門、掩體66個，以及2個高炮-地空導彈基地。
到2月24日，多國部隊實施地面戰役的條件已經成熟。到地面戰斗發起之前，多國部隊共出動作戰和支援飛機近10萬架次，發射巡航導彈323枚，其中35枚為空射巡航導彈。
第四階段︰對地面進攻作戰進行空中支援
在地面進攻作戰進行的4天中，多國部隊的空中力量仍對伊拉克境內的各類目標保持強大壓力。戰略空襲仍在伊拉克和科威特全境繼續進行︰英國皇家空軍的GR-1飛機和「掠奪者」飛機由F-4G戰斗機護航，轟炸了泰利勒和杰利拜機場的加固飛機掩體；一支由F-16和F-4E戰斗機組成的龐大編隊在F-15、EF-111和F-4G的護航下，攻擊了伊拉克北部的摩蘇爾軍事研究與生產設施；一批F-15E戰斗機始終保持地面警戒和空中飛行警戒狀態，隨時準備在聯合監視目標攻擊雷達系統和其他監視系統發現「飛毛腿」導彈時迅速出擊；B-52戰略轟炸機重點轟炸了伊拉克南部的伊軍指揮、控制與通信基地。與此同時，數量更為龐大的多國部隊作戰飛機擔負了地面戰斗的戰場支援任務，具體行動如下︰
1、空中遮斷行動︰
地面戰斗開始後，多國部隊的空中力量除派出部隊兵力對伊軍進行騷擾、遲滯外，攻擊重點已轉向靠近多國部隊地面進攻力量的伊前線部隊及其武器裝備。多國部隊掌握著絕對的制空權，可以隨心所欲地對地面交戰的伊軍實施攻擊，因而使伊地面部隊陷入進退兩難的窘境︰繼續留在原地，會遭到空襲或漸漸逼近的多國部隊地面部隊的攻擊；放棄陣地，又會遭到多國部隊空中力量的猛烈打擊。
地面進攻開始前兩天，多國部隊的空戰計劃人員應美第7軍的要求，將F-111戰斗機的攻擊對象從共和國衛隊轉向伊軍第47步兵師的炮兵部隊，經過不到一天的空襲和炮擊，伊47步兵師許多門火炮被摧毀。36小時後，當米第7軍開始排除障礙時，其作業場地附近的伊軍火炮幾乎沒有反應，該軍在傷亡極小的情況下完成了排除障礙作業。多國部隊發起地面戰斗的當天，約8000名伊拉克士兵投降。
2月26日夜，多國部隊監視目標系統飛機發現大批伊拉克軍車要從科威特向伊拉克方向行駛。多國部隊空軍指揮機構得到這一消息後，立即調動大批空中力量飛往伊軍擁塞地區，對地面上的各種伊軍車輛進行了反復空襲，攻擊行動一直延續到天亮。這次戰斗，不僅將伊第3軍和從科威特市撤退的伊軍的裝甲輸送車輛摧毀殆盡，而且還大批殺傷了伊軍的有生力量，加速了戰役的進程。
2、多國部隊的近距離空中支援︰
地面戰役期間，為有效實施近距離空中支援，多國部隊空軍、海軍和海軍陸戰隊派出前方空中管制人員和海空炮火連聯絡，負責選擇與確定目標，同時引導飛機實施攻擊。此外，美國空軍和海軍陸戰隊利用前方空中管制人員與地面部隊加強聯絡，並與其他成員國的地面部隊保持聯系。另外，米海軍陸戰隊也向東線聯合部隊派遣了第1海空炮火聯絡連的戰術空中管制組。
位于前方的多國部隊空中管制人員利用白磷火箭或激光指示器標明目標位置，使攻擊機駕駛員能夠發現並攻擊隱蔽在工事中的火炮、裝甲車輛和部隊，從而增強了對科威特戰區的伊拉克地面部隊的攻擊效果。地面進攻期間，多國部隊的近距離空中支援采取多架次突擊的方式，參加突擊的飛機主要由A-10「雷電」攻擊機、AV-8B「鷂」式垂直起降攻擊機以及F-16「戰隼」戰斗機擔當。
3、排障作業︰
地面戰役開始前，伊軍用了5個月時間在科威特南部構築了一系列十分堅固的防御工事，多國部隊出動B-52轟炸機用-117炸彈和K-82炸彈轟炸了伊軍雷區；C-130飛機投擲了7000余公斤的BLV-82炸彈，以超壓沖擊波起爆地雷；海軍陸戰隊的AV-8B飛機在向雷區投擲油氣炸彈的同時，還向伊軍塹壕投放了凝固汽油彈，並攻擊了抽油站，經引燃原油；F-117A「夜鷹」隱形戰斗機則向伊軍輸油管和散兵壕中的物資分發站投擲了激光制導炸彈。
此外，多國部隊空軍對伊戰略目標的打擊一直持續到戰爭結束。為阻止伊拉克殘余空軍干擾多國地面部隊的行動，多國部隊的空中力量再次攻擊了伊拉克的各個機場，以免其修復後重新啟用。在停火之前的最後空襲中，多國部隊使用了米專門研制的對付堅固地下目標的GBU-82鑽地炸彈，旨在摧毀塔吉附近伊拉克領導人的指揮、控制與通信設施。
隨著當時時間2月28日上午8時雙方停止敵對行動，多國部隊「沙漠風暴」空中突擊行動正式結束。