1999. március 22-én Richard Holbrooke, az Egyesült Államok balkáni különmegbízottja kijelentette, hogy a Koszovóval kapcsolatos béketárgyalások kudarcot vallottak. Két nappal később, március 24-én megkezdődött az Allied Force (Szövetséges Erő) hadművelet: a NATO elkezdte bombázni Szerbiát és Montenegrót.
A légiháború hivatalos célja az volt, hogy megvédje a szerb fegyveres erők garázdálkodása következtében menekülésre kényszerülő koszovói albán lakosság százezres tömegeit, amelyek gyalog indultak a macedón határ felé – ahol nem fogadták volna őket szívélyesen.
A légi hadműveletet Michael Short altábornagy, a NATO dél-európai légierejének parancsnoka vezette Nápolyból Wesley Clark tábornok NATO-főparancsnoksága alatt. Tizenhárom NATO tagállam légierejéből 600 repülőgép állt rendelkezésre, ebből 430 volt a harci gép, közöttük 214 csapásmérő. A csapásmérő gépek száma a hadművelet végére 535-re nőtt. A légicsapásokat 90 százalékban amerikai repülők végezték.
Ezzel szemben Slobodan Milošević hadereje 180 katonai repülőgépet tudott felmutatni (amelyeket mind a volt-jugoszláv néphadseregtől „örökölt”, vagyis tartott meg), s abból is csak 18 volt a MIG-29 vadászgép, ami ott akkor a legfejlettebbnek számított.
Az első néhány nap célja az volt, hogy minél gyorsabban teljes légi fölényt érjen el a NATO, a szerb légvédelem pedig semmisüljön meg. A második, március végétől kezdődő szakaszban a légvédelem maradványainak felszámolása és a szárazföldi hadsereg meg az infrastruktúra működésképtelenné tétele volt a cél, valamint a szerb fegyveres erők teljes megsemmisítése. Az első néhány napban repülőterek, lokátorállomások és légvédelmi rakétaállomások szerepeltek a célpontlistán, a második szakaszban a bombázásokat kiterjesztették a két maradék volt-jugoszláv köztársaság egész területére. Laktanyák, lőszerraktárak, tüzérségi állások is célpontnak számítottak, sőt A-10 Thunderboltokat is bevetettek, kimondottan a harckocsik kiiktatására. Következtek a repülőterek, közlekedési csomópontok, gyárak, olajfinomítók, hidak sőt a belgrádi meg az újvidéki TV-adók és stúdiók is, hiszen az addigra már 15 éve tartó miloševići propaganda elsősorban a televíziója által volt képes feltüzelni a szerb nacionalizmust a volt föderáció minden más népe ellen,
A szerb harci gépek nagy része még felszállás előtt, a reptereken megsemmisült, így járt a legtöbb MIG-21-es vadászgép és a MIG-29-esekből is csak négy veszett el légi harcban.
A szövetségesek gyorsan kifogytak a katonai-stratégiai célpontokból, így május végétől a polgári infrastruktúra ellen is támadásokra került sor – egyesek szerint azzal a céllal, hogy a lakosságot rábírják egy Milošević elleni megmozdulásra. Az áram és az ivóvíz volt a leggyengébb pont: az áramellátást úgy támadták, hogy grafitport vetettek be, ami rövidzárlatokat okozott az erőművekben és a hálózatban, így folyamatos áramszünetekre került sor.
A legtöbb kárt Vajdaság és különösen Újvidék szenvedte el, ahol minden Duna-híd megsemmisült. Az újvidéki televízió épületét három hullámban is bombázták, amire semmi szükség nem volt, hiszen már a második hullám után romokban hevert.
A 78 hadműveleti nap alatt a NATO 37 ezer bevetést indított, ezeknek harmada volt kimondottan csapásmérő. Szerbia komoly veszteségeket szenvedett: az olajfinomítók majdnem teljesen megsemmisültek, de a légierő és a rakétaállomások 80 százaléka is elveszett. A légiháború mintegy ezer katonai áldozatot követelt, és több, mint kétezer civil vesztette életét, tízezren pedig megsérültek. A NATO egy embert sem vesztett.
A Dunán csak két híd maradt meg, a gazdaságot ért károkat 30 milliárd dollárra becsülik, 25 évvel vetették vissza a támadások. A NATO-nak sikerült „véletlenül” lebombáznia Kína belgrádi nagykövetségét, ami kínos diplomáciai helyzetet teremtett, az Egyesült Államok később bocsánatot kért és téves adatokra hivatkozott meg arra, hogy fedezéknek vélték az épületet. Mint azóta kiderült, az is volt: ott bújkált a szerb hírszerzés egy része.
A NATO június 10-én fejezte be a támadásokat, amikor a szerb diktátor végre kapitulált. Milošević beleegyezett, hogy kivonja még meglévő fegyveres erőit Koszovó területéről és hozzájárult, hogy nemzetközi békefenntartó csapatok érkezzenek oda.A ftegyvernyugvás hírét érdekes módon éppen Göncz Árpád Magyar köztársasági elnök jelenthette be, amikor június 8-án Bill Clinton amerikai elnökkel találkozott a Fehér Házban.
A NATO erők mindössze két gépet vesztettek, egy F-16-ost és egy F-117-es vadászbombázót. Szakértők figyelmeztetnek rá, hogy az ellenfelek közel sem voltak összemérhetők, ezért kár bármilyen következtetést levonni, a világ legfejlettebb hadiereje állt szemben egy elavult légierővel és légvédelemmel.
Az F-117-es lopakodó lelövése hadtörténeti különlegesség és fordulópontnak számít, ugyanis a NATO addig meg volt róla győződve, hogy ezek a gépek legyőzhetetlenek. Az ezredes, akinek ez sikerült, a magyar származású Dani Zoltán volt. Saját bevallása szerint már tíz éve tanulmányozta a lopakodókat és úgy sikerült megtalálnia a gyenge pontjukat, hogy módosította a radarok beállítását. A lopakodó pilótája a szlovén származású Dale Zelko alezredes volt, sikerült katapultálnia és túlélte a bevetést. Azóta személyesen is találkozott Danival, aki még most is őriz néhányat az F-117 darabjaiból. Dani később úgy érezte, nemkívánatos személlyé vált a szerb katonaságnál: háttérbe tolták, áthelyezték, végül korkedvezménnyel nyugdíjba vonult. Most Székelykevén panziót üzemeltet a családjával és falusi turizmussal foglalkozik. Egyik barátja azt mondta neki, az vele a baj, hogy hiányzik az -ić, -vić a nevéből: ha Danić lenne, nem Dani, akkor jobban megbecsülték volna. Egyébként a másik elvesztett F-16-os vadászgépet is a Dani által vezetett rakétaosztály lőtte le.
Magyarország friss NATO tagként nem szólt bele a döntésekbe, de biztosította a légtérhasználatot és a NATO az ország délnyugati felén át is vette a légtérellenőrzést, elzárva azt a polgári repülés elől. Két repülőteret használtak, Taszárt és Ferihegyet, Taszárról először felderítő gépek indultak, majd F-18-asokkal 210 bevetést hajtottak végre, Ferihegyet pedig a légi utántöltő gépek használták. Magyar MIG-29-esek őrjáratozást végeztek a határ mentén, de NATO kérésére ezt hamar le is állították, mert a szovjet gyártmányú magyar és jugoszláv gépek hasonlósága könnyen megzavarta a NATO-rendszereket.
Orbán Viktor akkori magyar miniszterelnök azzal magyarázta a Magyar Szó washingtoni tudósítójának hazája részvételét a hadműveletben, hogy az „a vajdasági magyarság védelmében történt”. Ezt a magyarázkodást akkor is kevesen hitték el: egyszerűen arról volt szó, hogy az alig néhány nappal korábban NATO-taggá vált Magyarország akkor még ifjú kormányfőjének esze ágában sem volt ellentmondani a nyugati szövetség vezetőinek. Clark tábornok személyesen erősítette meg később, hogy az Orbán-kormány soha nem kérte vajdasági célpontok kivételezését, miközben a belgrádi hidak fennmaradása annak volt köszönhető, hogy az I. világháború óta szerbbarát francia kormány sorra levetette azokat a célpontok listájáról.
Végül sem a polgári lakosság, sem a hadsereg nem lázadt fel Milošević ellen, aki csak egy évvel később bukott meg, majd hamarosan a hágai törvényszék elé került, és ottani cellájában fejezte be dicstelen életét.
Donald Trump 2016 októberében még elnökjelöltként bocsánatot kért Szerbiától: azt mondta, hiba volt bombázni a szerbeket 1999-ben, mert a szerbek nagyon jó emberek, akiknek a Clinton-kormányzat sok rosszat okozott. Azt ígérte, megválasztása esetén szorosabbra fűzi a kapcsolatot Belgráddal. A szerb közvélemény ezért üdvrivalgással fogadta Trump győzelmét. Az új amerikai elnök azonban február 17-én gratulált Koszovónak a függetlenség évfordulójához, ám magasrangú szerb képviselőt még mindig nem fogadott.