6艘航母配备6个舰载机联队：“萨拉托加”号航母配备第十七航空联队，舰载机78架；“肯尼迪”号航母配备第三航空联队，舰载机84架；“中途岛”号航母配备第五航空联队，舰载机62架；“突击者”号航母配备第二航空联队，舰载机68架；“罗斯福”号航母配备第八航空联队，舰载机84架；“美国”号航母配备第一航空联队，舰载机73架。舰载机一共有9种类型、455架，约占多国部队飞机总数的16%。在“沙漠风暴”行动中，美国航母编队出动舰载机18120架次。舰载机所执行的作战任务主要是空中侦察预警、空袭、反舰、防空等。
航母舰载ei-2c预警机是美军在战区内最早部署的空中预警与控制系统飞机，用于汇集机载空中预警控制系统、舰载“宙斯盾”系统和其他来源的战场信息，加以综合分析，为海湾战区指挥官提供全面、准确、实时的战场情报。“沙漠风暴”行动期间，它们从红海和波斯湾航母起飞，24小时不间断地执勤飞行，对战场态势实行全时监视，使海军攻击部队及其他多国部队清晰了解战场态势。机组的空中管制人员还进行有针对性的战术控制，协调各类兵力之间的行动，避免多国部队内部相互发生冲突。整个战区内共配置了27架e-2c预警机，其中25架由航母搭载。
空袭战争是海湾战争中持续时间最长、起作用最大的作战样式，而航母战斗群是空袭战的一支重要力量。从红海和波斯湾航母起飞的舰载攻击机与美国空军、英国皇家空军的飞机一起对巴格达附近以及伊拉克西部的“飞毛腿”导弹阵地、机场、防空系统、通信网、供电设备等目标进行猛烈轰炸。空袭第一天，就从航母上起飞舰载机548架次。战争期间，在多国部队对伊拉克所进行的空袭行动中，由航母发起的打击行动占到35%，舰载电子战飞机针对伊拉克地面防空系统实施了有效干扰和压制。
反舰作战始于1991年1月18日，“突击者”号和“中途岛”号航母派出舰载攻击机击伤了伊拉克2艘炮艇、1艘导弹艇和1艘勤务船。当天，“突击者”号航母还起飞了18架舰载机执行在祖拜尔河口布设水雷的任务，目的是把波斯湾北部的伊拉克海军水面舰艇同巴士拉、祖拜尔、乌姆盖斯尔的港口兵力和海军基地隔开来。22日，“中途岛”号航母的舰载机击沉1艘伊军气垫艇。24日，“罗斯福”号航母的a-6e舰载机击毁1艘布雷舰和1艘巡逻艇，f/a-18舰载机袭击伊拉克乌姆盖斯尔海军基地时击伤4艘舰艇。2月20日，“罗斯福”号航母舰载机击毁1艘炮艇。
夺取制空权后还必须尽力保持，在舰载机的全部作战活动中，21%的架次是执行防空任务。防空主要采用电子战手段，真正的空战仅有1月18日一次，从“萨拉托加”号航母起飞的2架f/a-18舰载机在轰炸一个机场时，发现2架伊拉克米格-21歼击机，并用“响尾蛇”导弹将其击落，这场遭遇战是美航母舰载机与伊空军唯一的一次空中格斗。
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