双方兵力分析
多国部队
早在“沙漠盾牌”计划确定后，美军便制定了具体部署方案，最大限度出动了运输司令部所辖战略运输工具，动员了后备和民用运输力量，同时，进行了后备役征召和编组。其他出兵国家也展开了各自的部署行动。经过紧张行动，分别于11月8日和11月底完成了两个阶段的部署。是时，美军在海湾地区的总兵力达到43万人，其中陆军26万人，海军5万人，空军4万人，海军陆战队8万人。主要武器装备有：坦克1200辆，装甲车2000辆，作战飞机1300架，直升机1500架，军舰100余艘。
连同其他国家出动的总兵力达50万人。部分未出兵国家提供了武器装备、舰船、飞机和医疗队。随着各国部队的部署，建立统一、协调的指挥机构的必要性日益突出。8月中旬，经协商在多国部队最高层成立了协调性作战指挥机构。原则是，战区内所有部队均接受沙特阿拉伯武装部队司令哈立德中将和美军中央总部司令施瓦茨科普夫上将的统一指挥，但各国部队又分别接受本国最高当局的命令和指示。
伊拉克
面对美国和其他国家的出兵行动以及国际社会的经济制裁，伊拉克采取了相应对策。总的战略指导思想是，拖延战争爆发，使海湾冲突长期化、复杂化，进而分化以美国为首的军事阵营，打破对伊拉克的各项制裁，保住既得利益，同时，做好军事上防御作战的准备。为此，它在外交上打出了“圣战”的旗号，并将撤军问题同以色列从阿拉伯被占领土撤军联系在一起，以转移阿拉伯国家的矛头指向；在经济上采取了内部紧缩，对外寻求突破口的政策；在军事上则加紧了扩军备战，恢复和新建24个师，使军队总兵力达到77个师、120万人。同时加强了科战区的兵力部署，按三道防线共部署42个师，约54万人，坦克4280辆、火炮2800门、装甲输送车2800辆。
战役进程
由于伊拉克未能在安理会第678号决议所规定的期限撤军，1991年1月17日当地时间凌晨2时，多国部队航空兵空袭伊拉克，发起“沙漠风暴”行动，海湾战争由此爆发。
1991年1月17日至2月23日，多国部队对伊拉克的施行了大规模空袭，空中战役包括战略性空袭、夺取科威特战区制空权以及为地面进攻做好战场准备。至1月28日后，多国部队已完全掌握制空权。进入第三周后，空中行动的重点转入科威特战区。至2月23日，多国部队共出动飞机近10万架次，投弹9万吨，发射288枚战斧巡航导弹和35枚空射巡航导弹，并使用一系列最新式飞机和各种精确制导武器，对选定目标实施多方向、多波次、高强度的持续空袭，极大削弱了伊军的C3I（指挥、控制、通信和情报）能力、战争潜力和战略反击能力，使科威特战场伊军前沿部队损失近50％，后方部队损失约25％，为发起地面进攻创造了条件。
地面战役发起前，多国部队成功实施了战役欺骗。美第七军和美第十八空降军从沙特边界以南向西机动数百千米，进抵沙伊边境的进攻出发地域。
多国部队于1991年2月24日当地时间4时发起地面进攻，在沙科、沙伊边界约500千米正面上由东向西展开5个进攻集团：阿拉伯国家东线联合部队，沿海岸向北进攻，占领科威特市；美第1陆战远征部队从沙科边界“肘部”向北进攻，夺取穆特拉山口，切断科威特市通往科东北部的道路，将伊军主力吸引到科威特；阿拉伯国家北线联合部队从沙科边界西段向阿里塞米姆机场方向进攻，协同友邻部队消灭科威特境内伊军并占领科威特市；美第七军实施主要突击，从巴廷干河以西向北推进，直插伊拉克纵深，尔后挥师东进，与其左邻第十八空降军协同作战，将伊拉克共和国卫队（约8个师）围歼在巴士拉以南地区；美第十八空降军实施辅助突击，从沙伊边境突入伊境至幼发拉底河岸，控制塞马沃以东通往巴格达的8号公路，孤立科威特境内伊军部队，协同美第七军歼灭伊军共和国卫队。
地面战役首先由美第一陆战远征部队发起进攻，尔后阿拉伯国家东线联合部队在波斯湾多国部队海军和两栖部队配合下发起进攻，吸引伊国注意力，为西部主攻部队发展进攻创造条件。美第七军于24日午后发起攻击。美第七军和美第十八空降军利用空中机动和装甲突击力强等优势，在海空军支援下实施“左勾拳”计划，将伊拉克共和国卫队合围于巴士拉以南地区。伊军遭受连续38天空袭后，损失惨重，指挥中断，补给告罄，战场情况不明，对多国部队主攻方向判断失误，防御体系迅速瓦解。在此期间，伊军继续向沙特、以色列和巴林发射导弹，使美军伤亡百余人；在海湾布设水雷1167枚，炸伤美海军两艘军舰，但未能扭转败局。1991年2月26日，萨达姆宣布接受停火，伊军迅即崩溃。28日晨8时，多国部队宣布停止进攻，历时100小时的地面战役至此结束。
1991年3月10日，“告别沙漠行动”开始，美军从波斯湾撤离54万军队。
据战后统计，在这场战争中，伊拉克方面在参战的43个师中共有38个师被重创或歼灭，6.2万人被俘，3847辆坦克、1450辆装甲输送车、2917门火炮被击毁或缴获，107架飞机被击落、击毁或缴获。多国部队方面共有126人阵亡，其中美军79人，300余人受伤，12人失踪。
关于海湾战争的伤亡数字有争议。盟军死亡人数可能是378人，其中美军因战事身亡的有148人，非战事身亡的145人。英军死亡47人，阿拉伯军队死亡40人，法军损失2人。盟军死亡最多的是在1991年2月25日，该日一颗伊拉克飞毛腿导弹击中一个美国兵营造成28个美军预备队员死亡。盟军受伤人数可能少于1000人。伊拉克伤亡人数的争议比较大。有些估计说少于1500人死亡，有些说约20万死亡。大多数学者认为死亡人数在2.5万到7.5万之间。受伤人数也不清楚。被美军俘虏的伊拉克人为7.1万。估计的伊拉克平民死亡人数从100人到超过20万人不等。
此外战后的状态造成更多伊拉克人死亡。比如在炸弹中含有共300吨贫铀，铀是一种可能可以致癌的重金属（不过这一点也有争议）。战后伊拉克儿童的癌症率提高了四倍。战后对伊拉克的制裁可能也导致了约200万人死亡，其中半数是儿童。从海湾战争结束到美伊战争开始美军和英军空军几乎每个月都对伊拉克境内禁飞地带及其附近进行攻击。
战役影响
海湾战争是第二次世界大战后世界上发生的最大的一场局部战争。这场战争是特定时代的产物。它深刻地反映了80年代末期世界的基本矛盾，是这些矛盾局部激化的必然结果；它体现了人类社会生产力特别是科学技术的发展所引起的战争特征的革命性变化；它展示了新的作战手段和作战思想运用于战争而产生的作战样式的诸多新特点。它体现了人类社会生产力特别是科学技术的发展所引起的战争特征的革命性变化，主要是：武器装备建立在高度密集的技术基础之上；打击方式已不再以大规模毁伤为主，而是在破坏力相对降低的基础上突出打击的精确性；整个战争的范围与过程被视为一个完整的系统，战争的协同性和时间性空前突出。它也展示了新的作战手段和作战思想运用于战争而产生的作战样式的诸多新特点，主要包括：空中作战已成为一种独立作战样式；机动作战是进攻作战的基本方式；远程火力战是主要的交战手段；电子战是伴随“硬杀伤”所不可缺少的作战方式；夜战是一种富有新内涵的战斗方式。
海湾战争是冷战结束后的第一场现代化局部战争，80年代末期，随着东欧和前苏联的剧变以及前苏联在全球范围内的战略收缩，世界形势开始发生战后最深刻的变化。东西方两大阵营长达40年的冷战局面被打破，作为战后世界战略格局支柱的雅尔塔体系开始瓦解，世界的主要矛盾即美苏争夺世界霸权的矛盾，在国际事务中的主导地位和作用逐渐下降。这种情况，使世界进入了一个新旧格局交替的过渡时期，它一方面给和平与发展创造了有利条件，另一方面也酝酿和产生着新的矛盾与不稳定因素。海湾战争正是在这样一个大背景下发生的。