ב-21 בנובמבר 1985 חלה הידרדרות משמעותית במצב היחסים בעקבות חשיפת פרשת ג'ונתן פולארד, אזרח אמריקאי שריגל לטובת ישראל ונתפס על ידי ה-FBI (לאחר שניסיונו למצוא מקלט בשגרירות ישראל נכשל). ב-1996 קיבלן פולארד אזרחות ישראלית. לבסוף הוא שוחרר מהכלא ב-20 בנובמבר 2015 עם תנאי שחרור מגבילים לאחר 30 שנות מאסר, חרף מאמצים מצד ישראל לשחררו טרם הזמן.
עד למהפכה האסלאמית ב-1979 היו יחסי איראן–ישראל טובים, למרות הידרדרות היחסים לאחר המהפכה נשארו מספר קשרים בין ישראלים לשרידי משטר השאה. קשרים אלו היוו את הבסיס לפרשת איראן-קונטראס (הידוע גם כ"איראנגייט") שבמסגרתה מכרה ארצות הברית נשק לאיראן בעסקה סיבובית בתיווך ישראלי מאמצע אוגוסט 1985 ועד לינואר 1986. הכסף שהתקבל שימש למימון קבוצות מורדים ניקרגואים בשם קונטראס.
ב-6 במאי 1986 שולבה ישראל בתוכנית מלחמת הכוכבים כאשר נחתם הסכם לפיתוח טיל החץ במסגרתה. במרץ 1987 תמכה ארצות הברית בהסכם לונדון בין ישראל וירדן (ההסכם נכשל בשל סיבות פוליטיות פנימיות בישראל).
בשנת 1987 הוכרה ישראל כ"בעלת ברית עיקרית שאינה בנאט"ו", דבר שהעניק לה השתתפות בפרויקטים צבאיים אמריקאיים. ביוני 1987 חתמו המדינות על הסכם להקמת תחנת ממסר של קול אמריקה בערבה, תחנה זו הייתה מיועדת לשדר לאזורים בשליטה סובייטית. הקמת התחנה נתקלה בהתנגדות עזה מצד ארגוני איכות הסביבה ולבסוף בוטלה בתחילת שנות ה-90 בעקבות התמוטטות ברית המועצות.
החל מתחילת שנות ה-80, השקיעה ישראל בפיתוח מטוס קרב עצמאי, הלביא, פיתוח אשר מומן חלקית על ידי הסיוע האמריקאי. בסוף שנת 1985 גבר הלחץ האמריקאי כנגד המטוס שאמור היה להתחרות בתעשיית המטוסים האמריקאית (במיוחד במטוס ה-F-16), לחץ שהביא לביטול הפרויקט לבסוף ב-30 באוגוסט 1987.
בעקבות פריצת האינתיפאדה הראשונה בדצמבר 1987 יזמה ארצות הברית בפברואר-מרץ 1988 תוכנית שלום שנודעה כמסמך שולץ, תוכנית שלא הביאה להתקדמות מעשית. הכרזתו של אש"ף על הקמת מדינה פלסטינית בנובמבר 1988 הביאה לפתיחת דיאלוג בינו לבין ארצות הברית שהתקיים תוך התנגדות תקיפה של ישראל (הדיאלוג הופסק לאחר הפיגוע בניצנים ב-1990). בשנת 1989 הציעה ארצות הברית תוכנית שנודעה כ-4 הנקודות של בייקר (במאי) ואחר כך כ-5 הנקודות של בייקר (בספטמבר), תוכנית שלא התממשה. במקביל הסכימו ארצות הברית וישראל על עריכת בחירות בשטחים אולם הן לא התקיימו בשל מחלוקת על מזרח ירושלים שהתבטאה גם בהכרזתו של ג'ורג' הרברט ווקר בוש ב-3 במרץ 1990 כי מזרח ירושלים איננה חלק ממדינת ישראל. בעקבות פלישת עיראק לכווית העבירה ארצות הברית סוללות פטריוט לישראל. בפעם הראשונה לוו הסוללות בחיילים אמריקאיים שהגנו על שמי ישראל.
ממלחמת המפרץ עד לפיגועי 11 בספטמבר.
עוד לפני פרוץ מלחמת המפרץ הפעילה ארצות הברית לחץ כבד ביותר על ישראל שלא להגיב לירי אפשרי של טילים מעיראק עליה וזאת במטרה למנוע התפוררות הקואליציה כנגד עיראק, בתמורה התחייבה ארצות הברית לפעול כנגד הטילים במערב עיראק. במהלך המלחמה פעלה אמנם ארצות הברית כנגד הטילים בעיראק ואף הפעילה סוללות טילים בישראל כנגדם אולם למעשה התגלה מאוחר יותר כי פעולות אלו היו בלתי יעילות בעליל. הלחץ האמריקאי מנע מישראל לפעול כנגד עיראק על אף תביעות חוזרות ונשנות של מערכת הביטחון.
לאחר המלחמה ביקשה ישראל לנצל את האיפוק כדי לקבל סיוע כלכלי אמריקאי לקליטת העלייה הגדולה מברית המועצות לשעבר, בצורה של ערבויות להלוואה אותה ביקשה ישראל מבנקים מסחריים בארצות הברית על מנת לממן בניית שיכונים לעולים (סיוע אותו ביקשה בסוף 1990, כלומר עוד לפני המלחמה). מטרה זו נתקלה בקשיים מצד האמריקאים שתקפו את ישראל על ההתנחלויות ואף הודיעו כי ינכו מהערבויות את עלותן. מאבק זה נמשך במהלך ביקוריו של ג'יימס בייקר מזכיר המדינה (שבכל אחד מהם הוקמו התנחלויות חדשות), בניסיון של ראש הממשלה יצחק שמיר להפעיל את איפא"ק (השדולה הישראלית בארצות הברית) כדי ללחוץ על הממשל והגיע לשיאו בנאום ב-12 בספטמבר 1991 שבו תקף ג'ורג' בוש האב את שמיר על ההתנחלויות, האשים את איפא"ק בפעולה כנגד האינטרסים של ארצות הברית (האשמה שממנה נסוג מאוחר יותר בשל טענות על אנטישמיות) שעליהם הוא מגן, הציג את מלחמת המפרץ כמיועדת לסיוע לישראל והזכיר את הסיוע הכלכלי המשמעותי לישראל (כאלף דולר לנפש בשנה). במקביל ניצלה ארצות הברית את חיזוק מעמדה כתוצאה מהתמוטטותה הקרבה של ברית המועצות כדי להביא לכינוס ועידת מדריד בין ישראל ומדינות ערב השכנות. מאמצי התיווך של ארצות הברית כהמשך לוועידת מדריד נתקלו בקשיים משמעותיים, מה שהביא להתדרדרות משמעותית ביחסים שבין המדינות.
לאחר בחירות 1992 ומינויו של יצחק רבין לראשות הממשלה חל שיפור ביחסים, דבר שהביא לאישור העברת הערבויות ב-5 באוקטובר (החמישית הראשונה הועברה בדצמבר). עם זאת המאבק על הערבויות נמשך והסתכם לבסוף בקיצוץ של 774 מיליון דולר מ-10 מיליארד שאמורים היו להינתן לישראל (בפועל ניצלה ישראל רק כ-6.6 מיליארד במהלך חמש השנים שבהן סופקו הערבויות).
בינואר 1993 הפסיד נשיא ארצות הברית בוש ליריבו. מומחים שניתחו את תוצאות הבחירות הצביעו על כך שהקהילה היהודית הענישה את בוש על יחסו הנוקשה לישראל, והעבירה את תמיכתה כמעט באופן מלא ליריבו, מה שתרם באופן משמעותי לתבוסתו.
ארצות הברית לא שותפה בשיחות שהביאו להסכמי אוסלו אולם למרות זאת החליטו הפלסטינים והישראלים לערוך את טקס החתימה ב-13 בספטמבר 1993 בבית הלבן, דבר שהעניק להסכם הביניים חסות אמריקאית. כמו כן הסכם השלום בין ישראל לירדן שנחתם ב-26 באוקטובר 1994, נחתם בנוכחות נשיא ארצות הברית ביל קלינטון. גם הסכם קהיר בין ישראל לפלסטינים שנחתם ב-28 בספטמבר 1994, נחתם בבית הלבן.
לפני בחירתו לנשיא תמך ביל קלינטון (בריאיון לעיתון Middle East Insight) בהכרה בירושלים כבירת ישראל הבלתי מחולקת ובמרץ 1994 התנגד ממשלו באו"ם להצעת החלטה בנושא גינוי הטבח בחברון בשל סיבה זו. ב-23 באוקטובר 1995 הועבר בארצות הברית חוק המכיר בירושלים כבירת ישראל ומחייב את הממשל להעביר את השגרירות האמריקאית בישראל אליה עד 1999 (ביצוע החוק נדחה כל פעם בחצי שנה והתבצע רק ב-2018 על ידי דונלד טראמפ). במקביל ניהל הממשל האמריקאי מדיניות חצויה (בהתאם למדיניות המעורפלת של ישראל בשנים אלו) לגבי האוריינט האוס שמצד אחד שלל רשמית קיום מרכז פעילות של הרשות הפלסטינית בירושלים ומצד שני פקידיו ביקרו תדיר במקום.
לאחר רצח רבין ביקר הנשיא ביל קלינטון בארץ והצליח לרגש את העם בישראל כאשר ביטא "שלום, חבר" בעברית בנאום ההספד שלו. לאחר גל פיגועי הטרור במרץ 1996 ארגנה ארצות הברית ועידת אנטי-טרור בשארם א-שייח', האופוזיציה בישראל הציגה את מטרת הוועידה כסיוע לבחירתו של שמעון פרס לראשות הממשלה ותקפה את הבטחות ארצות הברית לסיוע לישראל שניתנו בה.
לאחר בחירתו של בנימין נתניהו לראשות הממשלה פרצו מהומות מנהרת הכותל, מהומות אלו הביאו את ארצות הברית ללחוץ על ישראל לפנות את חברון, דבר שאכן הביא לחתימת הסכם חברון בינואר 1997. לאחר חתימת ההסכם חלה התדרדרות ביחסי המדינות כאשר נתניהו סירב להיענות לדרישת ארצות הברית להמשיך בתהליך המדיני. לבסוף הביא הלחץ האמריקאי האינטנסיבי את בנימין נתניהו להסכים בסוף 1998 לכינוס ועידת וואי שבמרילנד, בה נחתם הסכם להתקדמות התהליך המדיני ולמימוש חלקים בהסכם אוסלו, שבעיקרו העברת 13% משטחי C שבגדה שהועברו לשטחי A ו-B, 1% ו-12% בהתאמה. אולם מצב היחסים המשיך להידרדר (לאחר שיפור קל בעקבות הוועידה), כאשר נתניהו, שמצבו הפוליטי התדרדר, נקלע לעימות עם ארצות הברית בעקבות ביקורו של קלינטון בעזה.
עליית האינטרנט וגאות ה-.com שהחלה בסוף שנות ה-90 והגיעה לשיאה ב-2000 הביאה לעליה דרמטית במספר החברות הישראליות (רובן חברות היי טק) הנסחרות בבורסת ניו יורק עד כדי כך שהן מהוות את קבוצת המניות הזרות הגדולה ביותר בה.
בתקופת ממשלתו של אהוד ברק חל שיפור משמעותי ביחסים בין ישראל וארצות הברית. נכונותו של ראש הממשלה ברק להגיע להסכמי שלום עם סוריה ועם הפלסטינים הביאה את ארצות הברית לנסות ולקדם את התהליך המדיני. תחילה נערכו בתחילת 2000 שיחות בחסות אמריקאית בשפרדסטאון שבמערב וירג'יניה בין ישראל וסוריה, אולם הן נכשלו. במקביל נערכו דיונים על מתן סיוע אמריקאי לנסיגה מלבנון בה תמכו האמריקאים, דיונים שלבסוף לא השיגו דבר. שיאו של הניסיון האמריקאי לקדם את התהליך היה בשיחות קמפ דייוויד בין ישראל והפלסטינים שנערכו ביולי 2000; אולם גם שיחות אלו לא צלחו כאשר האשים הנשיא ביל קלינטון, לצד הישראלים, את הפלסטינים ויאסר ערפאת בכשלונן. גם לאחר פריצת האינתיפאדה השנייה באוקטובר 2000 המשיכו האמריקאים לנסות ולקדם את התהליך, בין השאר על ידי מתווה קלינטון שהוצע בדצמבר באותה השנה.
מכירת נשק ישראלי לסין הביאה למשבר ביחסים הביטחוניים בין המדינות ב-2000, כאשר ארצות הברית הציבה אולטימטום לישראל להימנע ממכירת ארבע מערכות פאלקון מוטסות בשווי של כמיליארד דולר לסין. ישראל נאלצה לבסוף לבטל את העסקה דבר שהביא למשבר עמוק ביחסיה עם סין ולתשלום פיצויים גבוה. במהלך השנים שלאחר מכן חסמה ארצות הברית עסקה דומה עם הודו וכן גרמה קשיים ניכרים במכירת נשק ישראלי (שהתחרה בנשק אמריקאי) לטורקיה.
עם כניסתו של ג'ורג' ווקר בוש לבית הלבן בינואר 2001 לאחר תחילת האינתיפאדה השנייה, ימים לפני בחירתו של אריאל שרון במקומו של ראש הממשלה המכהן אהוד ברק, לא התערבה ארצות הברית באזור ובמהלך המדיני בין ישראל לפלסטינים בהמשך השנה, עד לספטמבר 2001.