战争的第一阶段是战略空袭，摧毁伊拉克的战略目标，首先进行全面电子干扰。
在开战前的数月中，多国部队已经截获伊拉克的众多电子信号，查明了伊拉克各电台的高频、甚高频和特高频信号。
1991年1月16日，多国部队开始对伊境内的各种通信信号实施全面电子干扰，多国部队投入的电子战飞机有EF-111、EA-6B、EC-130等共60余架，EF-4G反雷达飞机24架，另有几颗电子侦察卫星及几十个地面无线电监听站。空袭开始后，伊军多数雷达处于迷盲状态，无法监视多国部队的飞机，致使其对空导弹无法截获空中目标，防空系统受到了严重的“软杀伤”。多国部队大量使用反雷达导弹，使伊军许多处于开机状态的雷达被摧毁。
第一波攻击
1991年1月17日凌晨，以米国为起“沙漠风暴”空中打击作战行动。
1991年1月17日凌晨2时39分，9架装备有“地狱火”导弹和“九头蛇”火箭的AH-64“阿帕奇”攻击直升机组成的“诺曼底”特遣队在3架空军H-53J“铺路激光”特种作战直升机的引导下，率先发起突击，摧毁了伊拉克边境上的2座预警雷达站。
1991年1月17日凌晨米第37战术战斗机联队的数架F-117“夜鹰”隐形战斗机飞过伊军预警雷达站，深入到伊拉克雷达覆盖区。
1991年1月17日凌晨2时51分，F-117“夜鹰”隐形战斗机投下了“沙漠风暴”行动的第一颗炸弹，攻击了伊拉克南部一个加固的防空截击指挥中心，接着又向伊拉克西部的一个地区防空作战中心投下第二颗炸弹。与此同时，其他F-117隐形战斗机也相继摧毁另外一些高等级目标。
1991年1月17日凌晨3时正，两架F-117A隐形战斗机对巴格达投下了首批炸弹。不久，“战斧”式巡航导弹开始袭击巴格达地区的目标。组成第一攻击波的攻击飞机实际上包括3个单独机群，其中包括30架F-117A隐形战斗机。在最初个防空系统、C3、电力和领导机构的关键目标遭到隐形战斗机的攻击。在1个小时内，另外25外同类目标以及配电站和化学武器设施也遭到袭击。
1991年1月17日凌晨3时许从米国路易斯安那的巴克斯代尔空军基地起飞的B-52战略轰炸机经过11小时航行抵达伊拉克上空，从空中发射了35枚常规巡航导弹，袭击了伊拉克军用通信站、发电厂和输电设施。
在最初的24小时内，部署在波斯湾和红海上的7艘战舰共发射了116枚“战斧”式巡航导弹，袭击了巴格达及附近16个严密设防的目标，一定程度上破坏了伊拉克的发电设施及指控控制能力。
米海军的飞机也加入了对伊空袭作战，它们从红海和波斯湾以及波斯湾周围的基地起飞，攻击了巴格达附近以及伊拉克西南部、东南部的目标。从红海“肯尼迪”号和“萨拉托加”号航母起飞的海军飞机，与米空军和英皇家空军的飞机一起，对巴格达和伊拉克西部严密设防的机场实施了攻击。其目标主要包括“飞毛腿”导弹发射场、机场和防空系统。此外，米海军的作战飞机还执行了许多压制伊防空系统的电子战任务。与此同时，英国皇家空军、沙特皇家空军以及驻沙特东部的科威特空军，则从中路袭击了伊拉克南部和中部地区的固定战略目标。
第二波攻击
1991年1月17日黎明，多国部队第二波攻击开始。由于一些适于白天作战的飞机加入，空袭的规模进一步扩大。整个昼间，米空军的A-10“雷电”攻击机出动了150架次，袭击了科威特战区和伊境内的雷达站，而F-16战斗机则重点攻击科威特战区内的机场和许多地对空导弹发射场。在拂晓前后的几个小时中，米海军陆战队的百余架飞机突击了伊军严密设防的泰利勒、谢拜人古尔奈和鲁迈拉等伊空军基地停放在跑道上或飞机掩体里的飞机。其中31架飞机攻击了泰利勒机场，36架飞机担负着袭击巴士拉城内及周围地区其他目标的任务，10余架飞机突击了严密设防的谢拜机场。另外，还有一些飞机攻击了巴士拉郊外阿马拉的机场、桥梁和铁路调度场。
“沙漠风暴”行动发起后的第一天傍晚，伊拉克战略C3网络、号称固若金汤的战略防空系统以及主要的领导指挥设施都遭到多国部队空军的毁灭性打击。部分已探明的核生化武器和设施也遭到了不同程度的打击。此外，多国部队的空中力量还挫败了伊空军进行协同抵抗的企图。
第三波攻击
1991年1月17日夜幕降临时，多国部队发起了第三波空中攻击，打击的重点仍是伊拉克的战略目标，尤其是一体化防空系统。黄昏后不久，多国部队的F-111和A-6E飞机袭击了伊拉克机场。这一天，驻扎在土耳其因契尔利克空军基地的米联合特遣队精锐部队的飞机集中攻击了伊拉克北部的摩苏尔、基尔库克、提克里特、盖雅拉和埃尔比勒等地区的目标。其间，该部编成内的EC-130、KC-135和EF-111A等支援飞机在F-15战斗机的掩护下于伊拉克北部边界附近建立了空中航道。到第一个24小时结束时，巴格达市内及附近约40多个关键目标被击中。
1991年1月18日，多国部队的空中力量仍继续对伊拉克境内及科威特战区的战略目标展开全方位打击。从凌晨4时到5时30分，多国部队出动80多架具有夜战能力的飞机，如F-117A、F-15E、F-111、A-6以及英国皇家空军与意大利空军的GR-1飞机，袭击了伊拉克防空系统、核生化设施、领导指挥机构以及机场等目标。
从开战第一天起，多国部队的部分空中力量就对共和国卫队和科威特境内的前线伊军装甲部队发起了攻击。1月18日天亮后，多国部队出动近百架次的F-16战斗机攻击了塔瓦卡尔那共和国卫队师；另出动约150架次A-10攻击机袭击了沙、科、伊三国交界地区及西部的伊军，该地区是尔后地面作战时多国部队侧翼机动部队通过的地域；海军陆战队的大批飞机袭击了巴士拉以西共和国卫队的麦地那师。
1月18日中午，多国部队海军的飞机袭击了马姆盖斯尔附近的伊拉克海军设施，摧毁了谢拜和艾哈迈德杰拜尔机场和机库以及停机坪。此外，多国部队还用“战斧”巡航导弹袭击了伊拉克的石油、电力设施和领导指挥机构。
随着夜幕降临，多国部队又展开了新一波次的空中打击。装有前视红外装置和雷达的多国部队飞机袭击了伊拉克共和国卫队后方的桥梁，切断了其与后方补给基地的联系。从米国本土起飞的7架B-52重型轰炸机突击了科威特战区内的伊共和国卫队各师。午夜前，12架F-117A隐形战斗机轰炸了伊拉克的C3系统、领导指挥机构和战略防空等主要设施，其中包括巴格达市内的国防部、情报部和内务部。
到18日结束时，急刹车部队海军为支援空袭共发射了216枚“战斧”巡航导弹，占整个“沙漠风暴”行动期间发射总数的64%。在此期间，波斯湾作战编队的3个航母战斗群“中途岛”号、“突击者”号和“罗斯福”号所出动的数百架次飞机中有一半以上用于袭击伊海军设施、海岸防御基地以及伊拉克用于监视舰艇作战的设防石油平台。具体目标为：乌姆盖斯尔的港口设施、伊海军基地和“冥河”导弹储存库；法奥、阿卜杜拉港、卡鲁岛和乌姆迈拉迪姆岛的伊军海岸防御阵地；米纳巴克尔石油终端站及平台和阿马亚石油平台等。为配合空袭，从红海和波斯湾航母战斗群起飞的米海军飞机共完成了1100架次的出动任务。
1991年1月19日，天气骤变，伊拉克上空出现了气象学上称之为“锋面”的恶劣天气，多国部队在随后3天的空中行动受到了严重影响。许多袭击任务被迫取消，一些飞机转而攻击其他不太重要的目标。即使有些飞机按原计划行动，攻击效果也不尽如意。与此同时，执行任务的飞机遇到的危险却越来越大。另外，由于事实证明压制伊拉克“飞毛腿”导弹的任务难度超过战前估计，故多国部队从开战的第三天起抽出相当力量专门对付“飞毛腿”导弹的威胁，并为此调用了原计划攻击其他目标的飞机架次。
从1月17日凌晨到23日夜的一周时间内，多国部队的空中力量共出动各型飞机1.2余万架次，投弹量超过6万吨，重点打击了伊拉克境内和科威特战区内的伊领导指挥设施、发电设施、一体化战略防空系统、电信和C3枢纽、核生化设施以及伊空军和机场等战略性目标群。据米中央总部和情报部门统计，在“沙漠风暴”行动第一周结束时，多国部队对几类预定目标的攻击取得了重大战果。
在开战的第一周内，多国部队的飞机全方位地袭击了伊科各地的伊拉克战略及战术目标群。米空军的F-117A“夜鹰”隐形战斗机、F-16“战隼”多用途战斗机、B-52“同温层堡垒”战略轰炸机、A-10“雷电”型攻击机和F-4G“野鼬鼠”电子对抗机、美海军和海军陆战队的A-6E“入侵者”攻击机和FA-18“大黄蜂”战斗攻击机、AV-8B“鹞”式垂直起降攻击机，突击了伊拉克防空雷达、通信枢纽和各个军事司令部。英国皇家空军和沙特皇家空军的GR-1战斗轰炸机袭击了伊拉克机场，摧毁了，压制了伊防空系统。
通过第一阶段战略性空袭的作战，多国部队空中力量以80%的成功率使伊军指挥控制系统、空军基地、防空体系和导弹基地等受到严重破坏，伊军地面部队也遭到沉重打击。多国部队击落伊作战飞机14架，在地面摧毁伊飞机25架以及伊拉克“飞毛腿”导弹机动发射架10多部。在作战中，多国部队共损失飞机22架，其中米国损失14架，英国损失5架，科、沙、意损失各1架。除1架米军FA-18“大黄蜂”战斗机因自身原因坠毁外，其他16架飞机皆被伊军陆基防空火力所击落。