战争的第二阶段是夺取科威特战区制空权。
从第二周开始，多国部队将空袭的重点转移到了夺取科威特战区制空权上来。从1月23日起，多国部队开始使用重达近1000公斤的加固弹壳钻地激光制导炸弹，直接攻击藏在掩体内的飞机。美F-117A“夜鹰”隐形飞机重点袭击了拜莱德和其他一些机场周围的加固掩体，米F-111“土豚”战斗轰炸机和英国皇家空军的“旋风”与“掠夺者”飞机则从空中攻击其他机场的掩体。此间，多国部队的其他作战飞机提供压制伊拉克防空系统和提供掩护的支援。
在攻击过程中，每架米制F-111“土豚”战斗轰炸机携带多达4枚特制炸弹。通常情况下，多国部队的一次攻击出动F-111飞机20架。由于所有飞机必须在7分钟内将所携带的精确制导炸弹投向目标，因此相当于每秒钟投掷一枚炸弹。在多国部队的打击下，许多隐藏在掩体内的伊拉克飞机被摧毁。为避免空中力量被全歼，伊拉克政府决定将部分飞机转移到伊朗境内。从1月26日起，约80架伊拉克作战飞机越过边界逃往伊朗。多国部队迅速作出反应，先后派出F-15和F-14战斗机在巴格达和伊朗边界之间进行拦阻性空中巡逻，并击落了几架伊空军的米格-23飞机。此后几天内，伊拉克飞机被迫停止了逃亡行动。1月27日，米中央总部司令施瓦茨科普夫将军宣布：伊空军已经失去战斗力，多国部队掌握了制空权。
由于天气转晴，多国部队更多的成员国开始参加或增加了参战强度：卡塔尔空军开始首次执行作战任务，法国空军也将其作战行动地域由原来的科威特战区扩大到伊拉克全境。在此期间，切断伊拉克通往科威特战区运输线的空袭行动业已展开。此外，多国部队空中突击计划人员从这一天起开始增加力量以孤立和摧毁伊共和国卫队和在科威特战区的伊陆军部队。1月29日，伊拉克地面部队突入沙特阿拉伯没有设防的边境城镇海夫吉，多国部队遂抽出部队空中力量对伊军己空入的部队及后续部队进行突击。
在“沙漠风暴”第二阶段的7天作战中，多国部队共出动飞机1.8万余架次，仅损失作战飞机3架，1架为美军的F-16，1架为美军的AV-8B“鹞”式垂直起降攻击机和1架英国皇家空军的GR-1飞机。伊空军在空中格斗中损失飞机11架。与第一阶段相比，多国部队出动的飞机次数增加近50%,但损失的飞机数量却仅为前一阶段的。
战争的第三阶段是为地面作战进行战场准备。
从第三周开始，多国部队的空中打击进入第三阶段，即进行战场准备，为地面进攻奠定基础。具体行动如下：
1、继续破坏伊拉克境内的重要桥梁：
巴格达与科威特战区之间交通线上的某些桥梁担负着双重任务，一方面用于伊军向前线运输补给品，另一方面，也是伊拉克通信电缆的载体。多国部队空中力量切断从巴士拉向南、经祖拜尔到科威特战区的铁路以及底格里斯河和幼发拉底河上桥梁的行动取得了显著效果。遮断攻击大大减少了从巴格达到科威特战区的补给运输，使科威特战区内的伊军后勤供应变得极为困难和缓慢。到2月4日，抵达科威特战区的补给数量已低于维持作战所需要的水平。多国部队轰炸桥梁和伊军的C3系统对科威特战区内伊军的通信指挥网造成了严重破坏。
到2月初，沿科沙边界线部署的军和师的指挥部之间以及师与其下属部队之间的通信联络开始时断时续。
2、摧毁科威特战区内伊军装甲车辆：
摧毁科威特战区内伊军的装甲车辆，是多国部队进行战场准备的重要内容。为了躲避多国部队的空中打击，伊军对装甲车辆进行了精心伪装，伊军的坦克和火炮已疏散配置，并掩蔽在堑壕里，仅露出炮塔，周围垒起沙袋，围以沙堤。2月初，一架傍晚时分返回基地的多国部队F-111飞机的飞行员发现，利用前视红外装置可以发现埋藏在沙漠中的装甲车辆，并很容易确定装甲车辆的位置。
2月8日，多国部队F-111战斗机率先使用了这种称之为“射击坦克”的新战术：携带4枚约250公斤重的GBV-12激光制导炸弹的F-111战斗机采用这种方法轻而易举地找到了单个坦克目标，并将其摧毁。这一战术得到了多国部队空中部队司令部的认可，不久，A-6E和F-15E飞机也采用了这种战术，并取得了同样的效果。
3、实施强大的心理战：
多国部队的空中力量在以火力全方位突击伊、科境内各类目标的同时，还撒下了数以百万计的心理战传单，号召伊拉克军队远离自己的武器装备，主要向多国部队投降，以免遭到攻击。大部分传单由C-130飞机散发，F-16和其他飞机也参加了向伊军散发传单和警告的任务。此外，VH-1N直升机还载着会阿拉伯语的人员用扩音器喊话，沿科威特边境劝说伊军士兵投降。
多国部队统计，在第三周内，他们共摧毁伊军坦克300余辆、装甲输送车约3余门。
第四周，多国部队攻击的重点仍然是科威特战区内的伊拉克部队，“射击坦克”的攻击战术得到全面运用。这时，伊拉克海军已不再是一支有效的作战力量；伊空军和许多飞机或者被持中立态度的伊朗扣留，或者在伊拉克被炸毁；伊战略防空系统也失去应有的作用；伊地面部队的作战能力在多国部队空中力量打击下严重削弱；伊全国的电力网已经瘫痪，石油加工业已经停产；伊核生化设施遭到打击，生产生化武器弹药和战剂的能力遭到严重破坏；在多国部队发起寻歼“飞毛腿”导弹的空中行动开始后，“飞毛腿”导弹的发射次数已大大下降。
截止到第四周为止，多国部队共出动飞机7.2万余架次，其中美军出动6.5万架次，其他成员国出动约7000架次。这一周多国部队的飞机损失仍然很小，只有2架AV-8B“鹞”式垂直起降攻击机和1架沙特皇家空军的F-5飞机被击落。伊军地面部队的损失情况为：坦克约200辆，装车输送车近250辆，火炮300余门。
第五周，多国部队空中打击的重点仍然是科威特战区的伊军，同时继续攻击伊拉克战略目标和防空体配系。其间，伊战略防空系统更加无所作为，在伊拉克拥有的70多个作战中心与报告站中，只有6个还处于工作状态。多国部队打击伊拉克“飞毛腿”导弹的行动仍继续进行，对所发现的形似“飞毛腿”导弹发射车辆的目标进行了直接攻击，并在伊导弹可能发射和隐蔽的地域布撒了地雷，同时增加了搜索伊境内意外目标的空中预警飞机的架次。
多国部队对通往科威特战区交通线的遮断攻击行动仍继续进行，攻击目标多为伊拉克替换被毁桥梁的浮桥。在夜间，多国部队利用行之有效的“射击坦克”战术大量摧毁和破坏伊军装甲车辆，而在白昼则将攻击重点转移到伊军前线防御工事和各种车辆。针对伊军所设的火壕，多国部队的AV-8B飞机在白天向其投放凝固汽油弹，入夜后又派出F-117A飞机摧毁将原油灌入堑壕的泵站，从而使伊拉克这一令人生畏的防御工事失去应有的效能。同时，B-52“同温层堡垒”战略轰炸机对伊军布设的地雷进行了地毯式轰炸，C-130飞机则投放BLV-82型巨型炸弹，重点攻击伊军的指挥所设施。在发动地面战之前的4天中，多国部队所出动的作战飞机近90%飞往科威特战区。仅2月23日，就摧毁伊军坦克约178辆、装甲输送车近100辆、军车202辆、火炮200门、掩体66个，以及2个高炮-地空导弹基地。
到2月24日，多国部队实施地面战役的条件已经成熟。到地面战斗发起之前，多国部队共出动作战和支援飞机近10万架次，发射巡航导弹323枚，其中35枚为空射巡航导弹。
第四阶段：对地面进攻作战进行空中支援
在地面进攻作战进行的4天中，多国部队的空中力量仍对伊拉克境内的各类目标保持强大压力。战略空袭仍在伊拉克和科威特全境继续进行：英国皇家空军的GR-1飞机和“掠夺者”飞机由F-4G战斗机护航，轰炸了泰利勒和杰利拜机场的加固飞机掩体；一支由F-16和F-4E战斗机组成的庞大编队在F-15、EF-111和F-4G的护航下，攻击了伊拉克北部的摩苏尔军事研究与生产设施；一批F-15E战斗机始终保持地面警戒和空中飞行警戒状态，随时准备在联合监视目标攻击雷达系统和其他监视系统发现“飞毛腿”导弹时迅速出击；B-52战略轰炸机重点轰炸了伊拉克南部的伊军指挥、控制与通信基地。与此同时，数量更为庞大的多国部队作战飞机担负了地面战斗的战场支援任务，具体行动如下：
1、空中遮断行动：
地面战斗开始后，多国部队的空中力量除派出部队兵力对伊军进行骚扰、迟滞外，攻击重点已转向靠近多国部队地面进攻力量的伊前线部队及其武器装备。多国部队掌握着绝对的制空权，可以随心所欲地对地面交战的伊军实施攻击，因而使伊地面部队陷入进退两难的窘境：继续留在原地，会遭到空袭或渐渐逼近的多国部队地面部队的攻击；放弃阵地，又会遭到多国部队空中力量的猛烈打击。
地面进攻开始前两天，多国部队的空战计划人员应美第7军的要求，将F-111战斗机的攻击对象从共和国卫队转向伊军第47步兵师的炮兵部队，经过不到一天的空袭和炮击，伊47步兵师许多门火炮被摧毁。36小时后，当米第7军开始排除障碍时，其作业场地附近的伊军火炮几乎没有反应，该军在伤亡极小的情况下完成了排除障碍作业。多国部队发起地面战斗的当天，约8000名伊拉克士兵投降。
2月26日夜，多国部队监视目标系统飞机发现大批伊拉克军车要从科威特向伊拉克方向行驶。多国部队空军指挥机构得到这一消息后，立即调动大批空中力量飞往伊军拥塞地区，对地面上的各种伊军车辆进行了反复空袭，攻击行动一直延续到天亮。这次战斗，不仅将伊第3军和从科威特市撤退的伊军的装甲输送车辆摧毁殆尽，而且还大批杀伤了伊军的有生力量，加速了战役的进程。
2、多国部队的近距离空中支援：
地面战役期间，为有效实施近距离空中支援，多国部队空军、海军和海军陆战队派出前方空中管制人员和海空炮火连联络，负责选择与确定目标，同时引导飞机实施攻击。此外，美国空军和海军陆战队利用前方空中管制人员与地面部队加强联络，并与其他成员国的地面部队保持联系。另外，米海军陆战队也向东线联合部队派遣了第1海空炮火联络连的战术空中管制组。
位于前方的多国部队空中管制人员利用白磷火箭或激光指示器标明目标位置，使攻击机驾驶员能够发现并攻击隐蔽在工事中的火炮、装甲车辆和部队，从而增强了对科威特战区的伊拉克地面部队的攻击效果。地面进攻期间，多国部队的近距离空中支援采取多架次突击的方式，参加突击的飞机主要由A-10“雷电”攻击机、AV-8B“鹞”式垂直起降攻击机以及F-16“战隼”战斗机担当。
3、排障作业：
地面战役开始前，伊军用了5个月时间在科威特南部构筑了一系列十分坚固的防御工事，多国部队出动B-52轰炸机用-117炸弹和K-82炸弹轰炸了伊军雷区；C-130飞机投掷了7000余公斤的BLV-82炸弹，以超压冲击波起爆地雷；海军陆战队的AV-8B飞机在向雷区投掷油气炸弹的同时，还向伊军堑壕投放了凝固汽油弹，并攻击了抽油站，经引燃原油；F-117A“夜鹰”隐形战斗机则向伊军输油管和散兵壕中的物资分发站投掷了激光制导炸弹。
此外，多国部队空军对伊战略目标的打击一直持续到战争结束。为阻止伊拉克残余空军干扰多国地面部队的行动，多国部队的空中力量再次攻击了伊拉克的各个机场，以免其修复后重新启用。在停火之前的最后空袭中，多国部队使用了米专门研制的对付坚固地下目标的GBU-82钻地炸弹，旨在摧毁塔吉附近伊拉克领导人的指挥、控制与通信设施。
随着当时时间2月28日上午8时双方停止敌对行动，多国部队“沙漠风暴”空中突击行动正式结束。