地麵戰役發起前，多國部隊成功實施了戰役欺騙。美第七軍和美第十八空降軍從沙特邊界以南向西機動數百千米，進抵沙伊邊境的進攻出發地域。多國部隊於1991年2月24日當地時間4時發起地麵進攻，在沙科、沙伊邊界約500千米正麵上由東向西展開5個進攻集團：阿拉伯國家東線聯合部隊，沿海岸向北進攻，占領科威特市；美第1陸戰遠征部隊從沙科邊界“肘部”向北進攻，奪取穆特拉山口，切斷科威特市通往科東北部的道路，將伊軍主力吸引到科威特；阿拉伯國家北線聯合部隊從沙科邊界西段向阿裏塞米姆機場方向進攻，協同友鄰部隊消滅科威特境內伊軍並占領科威特市；美第七軍實施主要突擊，從巴廷幹河以西向北推進，直插伊拉克縱深，爾後揮師東進，與其左鄰第十八空降軍協同作戰，將伊拉克共和國衛隊（約8個師）圍殲在巴士拉以南地區；美第十八空降軍實施輔助突擊，從沙伊邊境突入伊境至幼發拉底河岸，控製塞馬沃以東通往巴格達的8號公路，孤立科威特境內伊軍部隊，協同美第七軍殲滅伊軍共和國衛隊。
地麵戰役首先由美第一陸戰遠征部隊發起進攻，爾後阿拉伯國家東線聯合部隊在波斯灣多國部隊海軍和兩棲部隊配合下發起進攻，吸引伊國注意力，為西部主攻部隊發展進攻創造條件。美第七軍於24日午後發起攻擊。美第七軍和美第十八空降軍利用空中機動和裝甲突擊力強等優勢，在海空軍支援下實施“左勾拳”計劃，將伊拉克共和國衛隊合圍於巴士拉以南地區。伊軍遭受38天空襲後，損失慘重，指揮中斷，補給告罄，戰場情況不明，對多國部隊主攻方向判斷失誤，防禦體係迅速瓦解。在此期間，伊軍繼續向沙特、以色列和巴林發射導彈，使美軍傷亡百餘人；在海灣布設水雷1167枚，炸傷美海軍兩艘軍艦，但未能扭轉敗局。1991年2月26日，薩達姆宣布接受停火，伊軍迅即崩潰。28日晨8時，多國部隊宣布停止進攻，曆時100小時的地麵戰役至此結束。
1991年3月10日，“告別沙漠行動”開始，美軍從波斯灣撤離54萬軍隊。
據戰後統計，在這場戰爭中，伊拉克方麵在參戰的43個師中共有38個師被重創或殲滅，6.2萬人被俘，3847輛坦克、1450輛裝甲輸送車、2917門火炮被擊毀或繳獲，107架飛機被擊落、擊毀或繳獲。多國部隊方麵共有126人陣亡，其中美軍79人，300餘人受傷，12人失蹤。
關於海灣戰爭的傷亡數字有爭議。盟軍死亡人數可能是378人，其中美軍因戰事身亡的有148人，非戰事身亡的145人。英軍死亡47人，阿拉伯軍隊死亡40人，法軍損失2人。盟軍死亡最多的是在1991年2月25日，該日一顆伊拉克飛毛腿導彈擊中一個美國兵營造成28個美軍預備隊員死亡。盟軍受傷人數可能少於1000人。伊拉克傷亡人數的爭議比較大。有些估計說少於1500人死亡，有些說約20萬死亡。大多數學者認為死亡人數在2.5萬到7.5萬之間。受傷人數也不清楚。被美軍俘虜的伊拉克人為7.1萬。估計的伊拉克平民死亡人數從100人到超過20萬人不等。
此外戰後的狀態造成更多伊拉克人死亡。比如在炸彈中含有共300噸貧鈾，鈾是一種可能可以致癌的重金屬（不過這一點也有爭議）。戰後伊拉克兒童的癌症率提高了四倍。戰後對伊拉克的製裁可能也導致了約200萬人死亡，其中半數是兒童。從海灣戰爭結束到美伊戰爭開始美軍和英軍空軍幾乎每個月都對伊拉克境內禁飛地帶及其附近進行攻擊。
伊拉克部署在科威特戰區的43個陸軍師中，36～38個師喪失戰鬥力，傷亡8.5～10萬人，被俘8.6萬人，損失坦克3874輛，裝甲車1450輛，火炮2917門，飛機324架(包括被伊朗扣留的109架)，87％的海軍作戰艦艇遭重創或被擊毀。科威特直接戰爭損失600億美元；伊拉克損失達2000餘億美元，美國耗資600億美元。
關於海灣戰爭的傷亡數字有爭議。盟軍死亡人數可能是378人，其中美軍因戰事身亡的有148人，非戰事身亡的145人。英軍死亡47人，阿拉伯軍隊死亡40人，法軍損失2人。盟軍死亡最多的是在1991年2月25日，該日一顆伊拉克飛毛腿導彈擊中一個美國兵營造成28個美軍預備隊員死亡。盟軍受傷人數可能少於1000人。伊拉克傷亡人數的爭議比較大。有些估計說少於1500人死亡，有些說約20萬死亡。大多數學者認為死亡人數在2.5萬到7.5萬之間。受傷人數也不清楚。被美軍俘虜的伊拉克人為7.1萬。估計的伊拉克平民死亡人數從100人到超過20萬人不等。