弗兰克斯领导前线指挥部，根据伊军的部署和作战特点制定出作战计划，决定以绝对优势力量对伊实施“快速决定性作战”。以特种作战力量摧毁伊科、伊沙边境上的伊军主要防空雷达站、通信枢纽，并引导海空火力打击，控制伊境内多个重要目标；以空中力量为主，空袭伊军指挥控制系统、重兵集团等数百个要害目标；以空中突击部队开辟北方战线，配合主力地面装甲集群从伊科边境的钳形突击，实施南北对进，高速推进包围巴格达，进而迅速占领伊拉克全境，推翻萨达姆政权。其作战计划包括四项主要作战行动：“斩首行动”、“震慑行动”、合围夺占城市作战、搜索清剿行动。
2003年3月20日凌晨5时，弗兰克斯指挥美军以“斩首行动”打响伊拉克战争，使用空、海军火力分三个波次，空袭伊拉克首脑机构、领导人住所、战略指挥控制设施等数十处重要目标，随即展开“震慑行动”。3月21日，美、英联军以炮兵部队和攻击直升机部队，对伊巴士拉、法奥平岛等地区的伊军阵地、机场、防御部队等目标实施火力袭击，为地面进攻提供有利形势。美空军出动2000余架次飞机，空袭巴格达、摩苏尔、基尔库克等重要城市的1500多个目标，重点打击伊军指挥控制系统、通信网络、重要政府机构要员住地和共和国卫队等重点目标。从这一天开始到4月3日“震慑行动”结束，美军实施不间断的猛烈空袭，每天平均出动飞机1000余架次，投射800枚各型炸弹和巡航导弹，其中70%以上使用了精确制导弹药。弗兰克斯通过对战场形势的精确分析，一反以往先经过长时间大规模空袭，而后才发动地面进攻的惯例，在空袭发起的同时，立即投入5万多人的地面部队，分为南、北两大作战集团，以南线为主攻，北线配合作战，实施高速向心突击，合围巴格达。
南线美陆军第3机步师，在第101空中突击师和第82空降师一部的配合下向西北迂回攻击，以100公里/日的进攻速度，经纳西里耶、纳杰夫、卡尔巴拉向巴格达实施主要突击，形成左路攻势。该师先锋部队（第2旅）沿伊沙边境沙漠地区高速北上，不到40小时突进约360公里，抵达距巴格达160公里的纳杰夫附近，与伊军遭遇。25日，美军第3机步师已机动500公里，突破纳西里耶、纳杰夫等多道防线，抵近距巴格达约80公里的卡尔巴拉，与伊拉克精锐部队“麦地那”师发生战斗。
21日美国海军第1陆战远征部队投入战斗，23日向纳西里耶发起攻击，与伊军发生激烈交战，对该城形成合围后，主力绕过纳西里耶由舍特拉向库特发展进攻，企图切断伊军中、南两个作战集团的联系，保障左路主力部队的翼侧安全，形成右路攻势，并配合左路美军以钳形攻势合围巴格达。
英军第7装甲旅、第16空降旅、第3两栖突击旅和美海军陆战第15远征分队，担任进攻伊南部法奥半岛、夺占巴士拉及其南部主要油田的任务。3月21日，英第3突击旅和美海军陆战远征小队，从海上、空中对法奥半岛实施突击；英第7装甲旅由科伊边境地区向北对巴士拉发起地面进攻，英军第16空降旅在巴士拉以西实施空降，22日攻占巴士拉机场及周边主要桥梁，23日攻占祖拜尔港，25日控制乌姆盖斯尔，对巴士拉形成合围态势。25日至26日，伊拉克巴士拉的守军两次向法奥半岛英军发起反击，均遭失利。
南部战线上的伊军，在美、英军的地面强大攻势面前，基本回缩于中心城市地区实施防御。在纳杰夫、舍特拉、纳西里耶、巴士拉等地区，伊军依托工事进行顽强抵抗，并以小分队对美英军先头部队、后勤补给分队、攻击部队翼侧等发动袭击，但因力量悬殊，行动分散而效果甚微。
战至4月3日，南线左路美军第3机步师对卡尔巴拉形成合围，前锋进至距巴格达15公里地区，开始对萨达姆国际机场发起进攻；右路美海军第1陆战远征部队越过库特，进至距巴格达10公里外占领了一座军用机场，初步与左路形成对巴格达合围态势。北线美军于3月25日开始在库尔德人控制区机降；27日至31日，美第173空降旅和第82空降师一部近7000余人部署到位，随即向基尔库克和摩苏尔两个方向发动进攻，遭遇伊军微弱抵抗，迅速控制两地区，后向南推进，策应南部战线主要攻击行动，快速对巴格达形成夹击态势。
弗兰克斯制定和指挥的“震慑行动”，是美军对伊作战计划中的核心内容，它创造性地将美军“震慑作战”理论首次运用于战争实践。该行动在陆、海、空、天、电、心理等多维作战空间，凭借美军军事力量的全维优势，以空袭、地面进攻、心理战、舆论战等作战行动，同时发起猛烈而持续不断的攻势，达成震慑瓦解敌军、攻心夺志、快速击败敌军的战略目的。从3月21日开始至4月3日结束，“震慑行动”以精确火力战、地面装甲集群高速进攻，对进攻路线上敌重兵驻守的中心城市实施快速围困，主力绕过敌军防御强点，对关键战略目标巴格达形成合围，迅速割裂伊军整个防御体系，使之成为一个个孤立战斗、无法相互策应的绝望之敌。同时，配合以强大的舆论宣传等心理战攻势，使伊军畏战、厌战、避战，军民离心，致使伊拉克空有30多万军队，在不足一个月时间内便土崩瓦解。
3月底，夺取城市作战开始。3月30日，英军开始向巴士拉城郊发起进攻，至4月7日，基本控制巴士拉大部分城区，期间未遇到有组织的大规模抵抗。3月28日至4月6日，美军在击退零星袭击后，占领纳西里耶；3月30日，美陆军第109空中突击师包围纳杰夫后，经过一天中等强度的作战，清除了纳杰夫外围据点，将伊军严密包围在纳杰夫城内，之后大力开展心理战，昼夜不停地用高音喇叭向城内居民和守军喊话；4月4日，美军在空中火力准备之后，以第3机步师第1旅经数小时激战，攻陷纳杰夫。4月2日，美军包围卡尔巴拉，4日对该城发起攻击，经两天激烈战斗，美101空中突击师第2旅占领全城。4月4日，美军陆战第1师进抵巴格达东西两侧；第3机步师、第101空降师完全控制了萨达姆机场，占领巴格达以南的攻击位置；美特种作战部队空降至巴格达通往北方的主要公路，切断巴格达守军向提克里特撤逃的通路；巴格达被四面合围，已成瓮中之鳖。4月5日，弗兰克斯批准美第3机步师实施“雷霆行动”，以两个营兵力共60辆坦克和部分装甲战车，突然向巴格达市内中心突进，在空中战斗机和攻击直升机的掩护下，横穿巴格达，与萨达姆机场部队会合。行动中，打死伊军约1000人，极大震慑了巴格达守军，进一步摸清了伊军防御部署情况。6日，美军进一步压缩包围圈，扫清市郊外围据点。4月7日，美军第3机步师第2旅开始向市区中心进攻，至9日占领巴格达中心广场，完全占领巴格达市。萨达姆及其军政要员秘密潜逃，不知所踪。之后伊境内各个城市守军纷纷投降。4月13日，美海军陆战队经数小时激战，占领提克里特。
巴格达之战后，弗兰克斯立即组织美军开始搜索清剿行动，在伊全境搜捕伊军政要员，消灭反美武装，收缴民间散落的武器等。但因其战争的非正义性，日益激起伊拉克人民的反美情绪，对美英军队的袭击不断增大。至5月1日伊拉克战争结束时，该项行动收效甚微。
伊拉克战争历时43天，美英驻军以亡168人、伤554人、失踪3人的代价，歼灭伊军1.08万人，俘虏7000人，其余全部溃散，实现了推翻萨达姆政权、占领伊拉克全境的目的。从军事角度上看，美军以极少的人员伤亡，在很短时间内击败一个拥有30多万军队的国家，赢得漂亮的军事胜利。但战后伊拉克局势日益动荡，民众生活穷困，恐怖活动不断，美军战后维护稳定困难重重，因而这一战争的最后胜利目前还无法定论。