כיבוש בגדאד, שהביא לנפילת שלטונו של סדאם חוסיין, ואף לכידתו של סדאם חוסיין עצמו, והניסיונות לייצב את עיראק לא הביאו לסוף הלחימה בעיראק. גורמי מחתרת סונים שפעלו ברחבי עיראק גרמו למאות הרוגים בקרב חיילי הקואליציה, ולכמה אלפי הרוגים בקרב תושבי עיראק. כלי הנשק העיקריים של המתנגדים לכיבוש היו פיגועים באמצעות מכוניות תופת, פיגועי התאבדות, ירי רקטות נ"ט ונשק קל מן המארב. עם זאת, החוקה העיראקית החדשה אושרה במשאל עם ברוב של 78 אחוז על אף הטרור, עם אחוזי הצבעה גבוהים. על פי ארצות הברית, זוהי החוקה הדמוקרטית הראשונה במדינה ערבית. בקרב המתנגדים למלחמה, נטען כי החוקה קובעת מדיניות כלכלית נאו ליברלית בעיראק ובעצם נועדה לנטילת משאבי הנפט והגז על ידי מדינות זרות.
בחודש אפריל 2004 כתגובה לטרור הסוני החלה התקוממות שיעית באחדות מערי עיראק, התקוממות שגרמה אף לאובדן שליטה של כוחות הקואליציה באחדות מערים אלה, ולחטיפתם של אזרחים זרים כבני ערובה. התגובה של כוחות הקואליציה הייתה תקיפה ביותר, והביאה תוך ימים מעטים למאות הרוגים עיראקיים. עיראק פורקה לשלוש מדינות דה פקטו: שיעית, סונית וכורדית. הלחימה הבין העדתית בין שלוש העדות החריפה והמשיכה לגבות את חייהם של עשרות אלפי עיראקים.
לרוב ההתקפות כנגד כוחות הקואליציה, כוחות הביטחון של הממשלה העיראקית ואזרחים עיראקים היה אחראי ארגונו של אבו מוסעב א-זרקאווי. באוקטובר 2004 הודיע זרקאווי על הצטרפותו לאל-קאעידה והקמת זרוע של הארגון בעיראק. בנוסף להתקפות מטענים, רכבי תופת ורקטות נ"ט - הנהיג זרקאווי שיטה של חטיפת אזרחים זרים והתניית שחרורם בעזיבתם של כוחות הקואליציה. כאשר לא נכנעו כוחות הקואליציה לאולטימטום נהגו החוטפים לערוף את ראשי החטופים ולהפיץ את הקלטת המתעדת זאת בטלוויזיה, בייחוד ברשת אל-ג'זירה. אחד החטופים הידועים היה היהודי ניק ברג, הראשון שראשו נערף. השימוש בטקטיקת החטיפות פחת במידה רבה-אם בשל פגיעה ביעילות הטקטיקה בזכות נחישות המדינות שלא להיכנע לתכתיבי ארגוני הטרור, ואם בזכות הצלחות של הקואליציה בלחימה מול ארגוני הטרור. ב-8 ביוני 2006, חוסל א-זרקאווי.
גם בשנים הבאות, נמשך גל פיגועי הטרור בעיראק וכלל שימוש במכוניות תופת גם נגד אזרחים עיראקים. בפיגועים אלה נרצחו מאות חיילים ואנשי מנהל מכוחות הקואליציה וכן אלפי אזרחים ושוטרים עיראקים. לצד הטרור ולוחמת הגרילה כנגד כוחות הקואליציה, התנהלה בעיראק בשנים שלאחר המלחמה מלחמת דת בין הסונים לשיעים, במסגרתה ביצעו ארגוני טרור סונים פיגועים כנגד מסגדים שגרמו למאות הרוגים. ב-22 בפברואר 2006 פוצצה כיפתו של המקדש הקדוש לשיעים, מסגד אל-עסכריה, פיגוע הידוע כ"פיגוע במסגד אל-עסכריה" בעיר סאמרא, בו נהרגו למעלה מ-100 מתפללים. השיעים פתחו בתגובה במהומות והציתו מספר מסגדים סוניים. לפי הוושינגטון פוסט נהרגו בפיגוע ובגלי ההדף בעקבותיו כ-1,300 בני אדם. רבים מתושבי עיראק נמלטו מארצם, ביוצרם את בעיית פליטי עיראק.
במרץ 2006 הודתה קונדוליזה רייס, מזכירת המדינה, כי במלחמה בעיראק נעשו טעויות רבות. על פי סקרי דעת קהל, במהלך 2006 ירדה הפופולריות של הנשיא האמריקני לשפל חסר תקדים שלא היה כמוהו מאז ריצ'רד ניקסון. הסיבה העיקרית לכך, הייתה טיפולו במלחמה בעיראק. בדצמבר 2006, לאחר שטען במערכת הבחירות כי ארצות הברית ניצחה בעיראק, הודה בוש כי מדובר לא בניצחון ולא בהפסד כרגע. לאחר מותו, התפרסם ריאיון עם נשיא ארצות הברית הרפובליקני ג'רלד פורד עם העיתונאי בוב וודוורד ובו הביע הסתייגות מהכניסה למלחמה בעיראק. המלחמה גם יצרה קרע ניכר בין מדינות רבות באירופה לבין ארצות הברית. מאמצי ממשל בוש לשפר את היחסים בכהונתו השנייה, אילצו את הממשל לנקוט במדיניות פייסנית יותר כלפי איראן, ולאפשר לשלישייה האירופית (בריטניה, גרמניה וצרפת) להמשיך במשא ומתן עם איראן לאורך כשנתיים.
גזר דינו של סדאם חוסיין.
ב-5 בנובמבר 2006 לאחר משפט ממושך נגזר דינו של סדאם חוסיין למוות בגין הריגת 128 אנשים ממוצא שיעי בדוג'אייל. ב-25 בדצמבר 2006 דחה השופט במשפטו את הערעור שהגיש וקבע כי חוסיין יוצא להורג בתלייה בתוך 30 יום. זאת, לאחר שבקשתו למיצוי הדין ביריה נדחתה. חוסיין הוצא להורג בתלייה בשעה שש בבוקר ב-30 בדצמבר 2006 בגיל 69, בזמן חג הקורבן המוסלמי (עיד אל אדחה). המשפט ספג ביקורת על ידי חלק מהקהיליה הבינלאומית והערבית. טענת הקהיליה הבינלאומית הייתה שצריך להעמידו בבית הדין הבינלאומי בהאג ולא בבית משפט בחסות אמריקאית ששופטיו אינם מקובלים על ידי רבים. לאחר מותו, משפחתו דרשה שייקבר בתימן ויוחזר לעיראק רק לאחר "שתשוחרר מהכוחות האמריקאים".
המהלכים שהביאו ליציאת ארצות הברית מעיראק.
בינואר 2007 כתב פרדריק קגן, חוקר בכיר ב"מכון היוזמה האמריקאית לחקר מדיניות ציבורית" - AEI, בתמיכת אשתו קימברלי קגן ו"המכון לחקר המלחמות" - ISW שהיא נשיאתו, דו"ח על עיראק, הנקרא "לבחור בניצחון: תוכנית להצלחה בעיראק". ה-AEI הוא אחד מגופי החשיבה הנאו-קונסרבטיבים - שמרנים, הקשורים אל המפלגה הרפובליקנית, הוותיקים ביותר בארצות הברית (נוסד ב-1943) והדו"ח הזה נחשב לרב השפעה ביותר וככזה ששינה את כיוון פני המלחמה בעיראק במהלך 2007. הדו"ח נכתב כתגובה לדו"ח שהגיש ג'יימס בייקר שר החוץ וראש מטה הבית הלבן לשעבר, יחד עם חבר הקונגרס הדמוקרטי מאינדיאנה לי המילטון, באותו נושא, בדצמבר 2006, ואשר טען שארצות הברית איננה יכולה לנצח בעיראק בכוח הזרוע, אלא נדרשת גישה פוליטית במקום הגישה הכוחנית. דו"ח בייקר-המילטון המליץ להוציא בהדרגה את הכוחות האמריקאים בעיראק מכלל פעילות צבאית שם ולהעביר את נטל הלחימה בטרור לכוחות המקומיים. בניגוד להם המליץ דו"ח קגן דווקא להכניס עוד כוחות אמריקאים לעיראק ולהגביר את הלחימה הצבאית הישירה של האמריקאים שם.
נשיא ארצות הברית ג'ורג' ווקר בוש העדיף את המלצות קגן על פני המלצות בייקר-המילטון, ובהתאם לכך מינה בראש הכוחות הצבאיים את הגנרל דייוויד פטראוס, ותיגבר את הכוחות האמריקאים הלוחמים בעיראק בינואר-מאי 2007, במה שכונה לאחר מכן ה-"Surge" ("הנחשול" או "ההסתערות"), שהתמקד באבטחת האוכלוסייה האזרחית ומיגור כוחות הטרור, וכלל את הוצאת הכוחות הצבאיים ממחנות הצבא, והקמת נוכחות מתמשכת, במיוחד בשכונות המאוימות ביותר של עיראק, במהלכים צבאיים אגרסיביים כנגד כוחות המורדים, וכן בביסוס כוחות חמושים מקומיים שנקראו "בני עיראק" ושילובם במסגרות הצבאיות המקומיות. המהלך הזה נתמך על ידי הזרם הנאו-קונסרבטיבי בארצות הברית, אך נתקל מראשיתו בהתנגדות פוליטית עזה, בעיקר מהכיוון השמאלי של המפה הפוליטית האמריקאית, אך גם מהשמרנים שהיו להם כמובן כוח והשפעה רבה על הנשיא ובתוך המפלגה הרפובליקנית.
בסופו של דבר, ה-Surge שינה את פני הלחימה בטרור בעיראק לטובת ארצות הברית ואיפשר את תחילת נסיגת הכוחות האמריקאים משם. אם בשנים 2007-2004 היה מספר ההרוגים של כוחות הקואליציה בעיראק: כ-900 מדי שנה (2007 - 961 הרוגים, הגדול ביותר מאז הפלישה במרץ 2003), הרי ב-2008 כבר ירד המספר ל-322, ומאז הוא הלך וירד מדי שנה, בהתאם לתזה של קגן ומדיניות ה-Surge בעיראק. ב-2009 היו לכוחות הקואליציה 150 הרוגים בעיראק, ב-2010 "רק" 60 הרוגים, ב-2011 - 54 הרוגים וב-2012 הרוג אחד בלבד.
עם התייצבות המצב הביטחוני ירד גם מספר האזרחים העיראקים שנפגעו. אם עד ה-Surge ובתחילתו נהרגו מדי חודש כ-2,500 עד 3,000 אזרחים, הרי בספטמבר 2007 כבר ירד מספר ההרוגים האזרחים לכחצי מזה (1,271) ומאז הוא המשיך וירד בהדרגה מדי חודש. ב-2007 כולה היה מספר ההרוגים האזרחים בעיראק כ-25,000 איש. ב-2008 ירד המספר לכ-9,000 איש, ב-2009 - 4,700 איש וב-2010 ו-2011 נהרגו בעיראק כ-4,100 אזרחים בשנה.
בשנת 2008 הגיע ממשל בוש להסכם עם ממשלת עיראק, שבעקבותיו הוא חתם על  U.S.–Iraq Status of Forces Agreement. ההסכם כלל תאריך להוצאת כל הכוחות הצבאיים של ארצות הברית מעיראק (dead line). התאריך המוסכם היה 31 בדצמבר 2011.
באוקטובר 2011 הודיע הנשיא ברק אובמה על השלמה הוצאת כל הכוחות המזוינים של ארצות הברית מעיראק עד סוף השנה, ובכך עורר את חשש ערב הסעודית, ירדן, ישראל ומדינות אחרות באזור המזרח התיכון והמפרץ הפרסי, מהתגברות השפעתה של איראן והאיום הצבאי שיתעצם מצידה כתוצאה ישירה מכך. ב-14 בדצמבר 2011 חזר החייל האמריקאי האחרון לארצות הברית וב-15 בדצמבר 2011 הכריזה ארצות הברית רשמית על סיום מעורבותה הצבאית בעיראק.
מומחים העריכו את עלות המלחמה לארצות הברית ביותר מטריליון דולר. בתשע שנות לחימה נמנו כ- 4,500 הרוגים אמריקאים וכ-120,000 הרוגים עיראקים.
לאחר נסיגת ארצות הברית מעיראק.
הפלישה והכיבוש שבא בעקבותיה הוביל למתיחות ואלימות נרחבת בין פלגים איסלאמיים ואתניים שונים במדינה ולעקירה נרחבת של אוכלוסיות בתוך המדינה. הצלב האדום העיראקי מעריך כי בשנת 2008 היו כ-2.3 מיליון עקורים פנימיים (שעברו ממחוז אחד למחוז אחר). בנוסף אליהם היו כ-2 מיליון פליטים עיראקיים שעזבו את המדינה. העוני בעיראק הוביל נשים רבות לעבוד בזנות כדי לתמוך בעצמן ובמשפחתן, דבר שמשך תיירות מין ממדינות שכנות.
הפלישה הובילה ליצירת חוקה שתמכה בדמוקרטיה כל עוד חוקי המדינה לא פגעו בעקרונות איסלאמיים מסורתיים. בשנת 2005 נערכו בחירות לפרלמנט. בנוסף הפלישה שמרה על אוטונומיה של האזור הכורדי, והיציבות היחסית הובילה לשגשוג כלכלי. פליטים עיראקים רבים ברחו לאזור הכורדי שנחשב לדמוקרטי באופן יחסי.