北约对南联盟的军事行动以空中攻击为主，辅以海军舰艇从地中海沿岸对南境目标进行巡航导弹攻击，因而其作战方式可概略表达为“空中-太空-海上突击”。北约对南“空中-太空-海上突击”行动在时间上分为两个阶段。第一阶段从3月24日至5月9日，持续6周，主要打击目标是南联盟空防系统、指挥和控制中心以及驻科索沃的南军等军事目标。在这一阶段，北约14个参战国的1000多架战机和数十艘战舰不分昼夜，轮番出击，向南军发射了约1500枚精确制导的巡航导弹、1392枚子母弹以及大量联合直攻炸弹，攻击南联盟境内数百个目标。开战头一个月，北约平均每天出动战机达300架次，其中约100架次用于直接军事打击。但由于天气不佳，南联盟境内终日云遮雾罩，能见度低，适于轰炸的日子不多，加上南军巧妙而勇敢的抵抗，北约对南联盟的空中进攻效果有限，未能摧毁南联盟空防系统，达到迫使南联盟屈服的目标。南联盟在反击过程中，击落了2架北约固定翼飞机，包括一架被认为是不可能被击落的F-117战机。
从5月10日至6月10日，是科索沃战争的第二阶段。此时，北约平均每天出动战机约600-700架，其中约200架用于直接军事攻击。在高峰时期，平均每天参与直接军事打击的北约战机达300架次。在第二阶段，北约除继续打击南防空体系、兵营、弹药库、指挥中心、机场等军事目标外，还对南境桥梁、发电厂、油库等经济目标发动了打击，并计划出动20万地面部队占领南全境。在此过程中，北约使用了大量高科技装备。如为破坏南电力供应，北约使用了CBU-94石墨炸弹。石墨炸弹可造成变电站和输电线路大面积短路而不破坏电厂；出动电子战飞机攻击南电脑系统，削弱其抵抗能力；使用杀伤力极大的子母弹重点猎杀南军人员与装备。这种子母弹内装200个子弹头，每枚子弹头爆炸后可以产生几百个碎片，其杀伤范围可覆盖一个足球场大小。此外，北约还在南境投掷了37000枚贫铀弹，使南领土上空弥漫着23吨贫铀-238颗粒。