1991年海灣戰爭“沙漠風暴”行動的初始階段，F-16戰機隊遭遇重大挫折，甚至有兩名F-16戰機駕駛員被伊拉克軍擊落後俘虜，拉到全世界鏡頭前示眾。但隨著戰爭的深入，佔據絕對優勢的多國部隊還是完全壓制了伊軍防空系統，F-16戰機隊再次開始活躍。
行動開始後數個星期，“戰隼”機隊除了進行日常空襲之外，還對伊拉克境內縱深的“飛毛腿”導彈實施了獵殺作戰。眾所周知，作為薩達姆的戰略的重要一環，他下令使用“飛毛腿”戰術地對地導彈襲擊沙特和以色列境內目標，試圖把以色列拖入戰爭。這項戰略實施之後，當時可以掛載美軍在戰前最新研製的，擁有前視紅外系統（FLIR）功能的AN/AAQ-13導航吊艙的美軍F-15E“攻擊鷹”戰機和最新的F-16C 製造批次（Block）40-42的“夜間戰隼”機隊就都領到了獵殺“飛毛腿”導彈發射車的任務。第10戰術戰鬥機中隊的“夜間戰隼”首先執行該任務，任務日期即是“編隊Q空襲戰役”的1月19日。之後，阿爾傑巴與阿里塞勒姆兩地的飛毛腿導彈發射車遭到反覆空襲，伊拉克用於生產“飛毛腿”導彈的工廠也被“戰隼”完全摧毀。
1月21日，第388聯隊的F-16C 88-0488號機在美軍再次空襲圖瓦伊塔核能研究中心時被一枚SA-3防空導彈擊傷，飛機損傷嚴重以至於不能返回阿聯酋或卡塔爾的基地，只能在沙特扎哈蘭機場迫降；同樣隸屬該聯隊的F-16C 88-0495號機同樣被一枚SA-3防空導彈擊傷，最終該飛機在沙特拉夫哈機場摔機著陸。就在同一天，第614中隊的F-16C 87-0224號機在低空轟炸伊拉克目標時被自己投下的MK84炸彈彈片擊中，造成發動機損壞，飛行員鮑爾上校將受損戰機飛到波斯灣上空後跳傘，最終被美國海軍第154特遣艦隊HSL-44中隊的西科斯基SH-60B“海鷹”直升機救起。
第388聯隊的“夜間戰隼” 其掛載了AN/AAQ-13導航吊艙以及ALQ-131電子戰吊艙
面對不斷的空襲，伊拉克軍隊點燃了科威特境內的所有油井，大火和濃煙嚴重降低了多國部隊戰機從中高度準確瞄準目標的能力。當時第388聯隊負責在伊拉克南部和科威特進行所謂“Kill-Box”的打擊行動，所謂“Kill-Box”就是在戰場上劃定一個50X50千米的地區，這個地區將被指派給美軍戰機，一般有兩架“戰隼”或美國海軍陸戰隊的F-18“大黃蜂”戰機攻擊這個區域內的一切伊軍目標。第388聯隊的飛行員起初以超過7500米的高度進行投彈，然而這種轟炸的效率極低。於是“戰隼”飛行員們重新設計了戰術，發明了“Kill-Box偵察員”戰術----這種戰術是每次保持雙機或三機編隊升空作戰，其中一架或兩架“戰隼”負責投彈，另外一架飛機在低空飛行標記目標，這種戰術大大提高了“戰隼”機隊空襲的精準度。與此同時，戰前被部署到土耳其因吉爾利克的第23戰術戰鬥機中隊的防空壓制型F-16CJ“戰隼”承擔了另外一項高危任務---與F-4G戰機一起對伊拉克北部的防空系統實施壓制，第23戰術戰鬥機中隊也因此成為首個在實戰中使用美軍當時最新研製的AGM-88“哈姆”反輻射導彈的F-16部隊。
1991年2月15日，隸屬363聯隊的F-16C 84-1379在返回阿布扎比空軍基地的途中因飛行員操作失誤迷航墜毀，飛行員戴爾 托馬斯 康米勒上尉死亡。2月17日，同一聯隊的F-16C 84-1218號機在返回基地時發動機起火，飛行員跳傘後被聯軍救起。2月20日，在土耳其上空進行空中加油的第612中隊F-16C 86-0329號機發動機突然停車，飛行員跳傘並被救起。
1991年2月24日多國聯軍部隊開始進行“沙漠軍刀”行動，出動地面部隊解放科威特，這也標誌海灣戰爭進入最後的決戰階段。當時“戰隼”部隊負責在多國部隊進攻區域上空實施戰鬥空中巡邏與近距離空中支援作戰，掩護進攻作戰中的聯軍部隊。2月26日，第174聯隊與第388聯隊各有一架F-16中彈受損，但全部成功返航。2月27日，第10戰術戰鬥機中隊的比爾“瘋子”安德魯斯上尉駕駛的F-16C 84-1390號機在戰鬥中因飛行高度過低被伊軍肩扛式防空導彈擊落，此人在彈射時右腿骨折而無法行動，因而在戰爭最後一天成為戰俘；同一天也有一架第388聯隊的“戰隼”中彈但成功返航。
海灣戰爭中被伊軍點燃的油井
1991年2月28日聯軍部隊在解放科威特並推進至伊拉克南部之後停止主動進攻，伊拉克政府也宣佈停火併無條件接受聯合國從海灣危機爆發之後的所有決議，從科威特無條件撤軍，海灣戰爭宣告結束。然而“戰隼”卻並沒有馬上回國，部分中隊留在了海灣繼續在伊科、伊沙邊境上空實施戰鬥空中巡邏的“告別沙漠”以及後來的“南方守衛”行動等，確保伊拉克薩達姆政權從此“老實”。在“告別沙漠”行動中，第388聯隊的F-16C 88-0453號機因遭遇航電系統完全失效而墜毀，飛行員跳傘生還並被聯軍救起。
海灣戰爭中美軍“戰隼”共出動13500餘架次，平均每天就要出動300-400架次，成為聯軍航空兵當仁不讓的絕對主力，而卻僅被伊軍擊落3架， 極高的出動架次與可靠性充分證明了“戰隼”的不凡實力。
F-16C 88-0488號機準備起飛空襲伊拉克
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