出乎外界意料的是，在美伊最後一輪核會談的前一天，早已按捺不住的以色列軍方突然發動空襲。從第一輪轟炸後的結果來看，以色列空軍完美實施了一場預謀已久的“斬首式”戰略打擊。伊朗首都德黑蘭市區內包括伊朗武裝部隊司令部、伊朗革命衛隊司令部、核研究機構和核設施等戰略目標，均遭到毀滅性打擊。由於最高軍事指揮層幾乎完全覆滅，伊朗軍隊瞬間內陷入羣龍無首的混亂狀態。
隨後，伊朗公佈了伊朗武裝部隊和伊斯蘭革命衛隊新的領導人，並立即啓動了對以色列的軍事反擊行動。以色列情報蒐集飛機在伊拉克上空發現大批“沙希德-136”無人機飛向以色列。分析指出，這是伊朗反擊行動的第一步，目的是使用大量“沙希德-136”無人機消耗以色列的防空彈藥資源。等以色列的防空武器彈藥消耗得差不多了，就會發動第二步反擊——對以色列全境的彈道導彈打擊。
然而，在伊朗無人機集羣剛起飛不久，以色列就啓動了針對伊朗防空系統和彈道導彈系統的第二輪空襲打擊。伊朗媒體報道稱，伊朗西北部方向拉馬丹雷達站遭以色列導彈襲擊嚴重受損，該雷達站是伊朗反恐預警網的重要組成部分。拉馬丹雷達站被摧毀直接導致伊朗防空預警系統能力降級，無法感知以色列空軍導彈來襲方向和規模，幾乎完全陷入被動挨打狀態。
在以色列空軍第二輪空射導彈（空射彈道導彈和巡航導彈）打擊行動中，伊朗西部地區的多個彈道導彈發射基地和儲存倉庫被擊中，發生劇烈爆炸和大規模火災。以色列預警機探測，這些伊朗彈道導彈都處於起豎發射狀態，正在等待發射命令。以色列空軍戰機使用了電磁干擾和反輻射武器系統，讓伊朗的S-300防空系統全部啞火，然後發射空射彈道導彈摧毀伊朗彈道導彈發射基地。
根據開源信息統計，截至當地時間13日上午，伊朗首都德黑蘭共16處位置，遭到以色列空軍襲擊，可以確認的遭空襲破壞位置有14處。其中包括德黑蘭大學、伊朗科技大學、謝里夫理工大學附近的家屬住宅、德黑蘭北部的革命衛隊衛隊總部/政府建築，和德黑蘭西北部的預警雷達站。很難想象，在美國提前警告的前提下，伊朗仍然處於不設防狀態。
