בתחילת שנת 2001, בעקבות הוראתו של ערפאת, שוחררו כל המחבלים - לרבות פעילי חמאס והג'יהאד האיסלאמי - מכלאם והחלו לפעול לביצוע פיגועים. גורמי מודיעין בישראל העריכו בדיעבד כי הוראה זו ניתנה בכינוס של נציגי הארגונים עם ערפאת שנערך ברמאללה ב־11 בפברואר. חלק גדול מהפיגועים ב־2001 היה מכוון אל אזור העמקים והשרון (חדרה, עפולה, כפר סבא ונתניה), שהיה פרוץ יחסית ושכן קרוב למרכזי הטרור של ג'נין ושכם. ברצועת עזה החל ירי מרגמות החל מסוף ינואר, ב־30 בינואר נורו לראשונה מרגמות לעבר נצרים ואילו הירי הראשון לכיוון שדרות בוצע ב־16 באפריל (והביא לכניסה של צה"ל לבית חנון).
בין הפיגועים הבולטים שבוצעו עד אמצע שנת 2001: רצח התינוקת שלהבת פס ב־26 במרץ בידי צלף פלסטיני בחברון, פיגוע בקניון בנתניה ב־18 במאי שבו נרצחו 5 ישראלים ופיגוע ההתאבדות בדולפינריום ב־1 ביוני, שבו מחבל מתאבד מחמאס רצח 21 צעירים. שרון החליט להגיב באיפוק על הפיגוע בדולפינריום ולתת לרשות הפלסטינית הזדמנות לפעול. בתחילת יוני סוכם על הפסקת אש בתיווכו של ג'ורג' טנט וב־13 ביוני סוכם על קבלת תוכניתו לרגיעה, אולם לאחר ירידה באלימות לקראת ביקור קולין פאואל באזור ב־28 ביוני התחדשה האש. חוסר פעולתה של הרשות הפלסטינית, ופיגועי טרור נוספים בקיץ (הקשה שביניהם היה הפיגוע במסעדת סבארו ב־9 באוגוסט שבו נרצחו 15 איש) גרמו מהר מאוד לאובדן האמון ברשות הפלסטינית ודרישה לתגובה צבאית תקיפה ונחרצת נגד הטרור.
ההתנקשות בשר רחבעם זאבי שבוצעה ב־17 באוקטובר 2001 גרמה להסלמה נוספת כאשר צה"ל נכנס לכמה מהערים הפלסטיניות בגדה. ב־1 בדצמבר וביום שלמחרת בוצעו שני פיגועי התאבדות. לעומת זאת באמצע דצמבר נראה שהמצב נרגע כאשר ערפאת נאם בערבית ב־16 בדצמבר נגד הפיגועים, ב־22 בדצמבר אמנם נאסר על ערפאת לצאת למיסה בבית לחם, אולם למחרת נחשף סיכום על הפסקת אש (שנחתם על ידי שמעון פרס ואבו עלא). בסוף דצמבר נראה היה כי משתרר שקט ואנתוני זיני שהגיע כשליחו של הנשיא בוש ב־3 בינואר 2002 היה אמור למצוא אזור שקט. ב־2 בינואר תפסה ישראל את אוניית הנשק קארין איי. חשיפת הקשרים של המבריחים עם הרשות הביאה להתדרדרות מדינית מהירה, לצד נתק ביחסים של ארצות הברית עם הרשות הפלסטינית, קריאתה להחלפת ההנהגה הפלסטינית, ומתן יד חופשית לישראל לפעול כנגד הטרור. ב-10 בינואר הותקף מוצב אפריקה, הממוקם ליד מעבר כרם שלום, בהתקפה נהרגו 4 חיילים ישראליים מגדוד הסיור המדברי והשקט התערער. ב־14 בינואר חוסל ראאד כרמי, מה שהביא לכניסת הפת"ח למעגל הפיגועים בתוך תחומי הקו הירוק.
למרות ההצלחה הראשונית באירועי פתיחת האינתיפאדה, צה"ל לא הצליח להתמודד היטב עם המשך אירועי האינתיפאדה, התקשה להגן על צירי התנועה הארוכים ביהודה ושומרון מפיגועי ירי, ולמנוע מעבר מחבלים מתאבדים משטחי יהודה ושומרון לתוך ירושלים וישראל של הקו הירוק. בתחילת תקופה זו נמנע צה"ל מכניסה לשטחי A שהיו בשליטה פלסטינית מלאה מחשש לנפגעים רבים, אך החל משלהי 2001 החלו מבצעים בודדים שכללו כניסה לערים פלסטיניות ומחנות פליטים. הצלחת מבצעים אלו העלתה את הביטחון ביכולותו של צה"ל לפעול בשטחים פלסטינים בעיני מפקדיו והדרג המדיני.
מרץ השחור ומבצע חומת מגן.
התדרדרות צבאית חלה גם בשטחי יהודה ושומרון כשב־19 בפברואר נהרגו 6 חיילים בפיגוע במחסום עין עריכ על ידי חוליה פלסטינית, ושלושה ימים לאחר מכן הרג צה"ל 50 שוטרים פלסטינים במבצע הגדול הראשון נגדם. ככלל, החל מאמצע ינואר 2002 שוב גבר הטרור, והגיע לשיאו בחודש "מרץ השחור", שבו נרצחו למעלה מ־135 ישראלים בפיגועי התאבדות בישראל שהתרחשו בתדירות יומיומית: ב־2 במרץ נרצחו 11 אזרחים בשכונת בית ישראל בירושלים, למחרת נרצחו 7 חיילים ו־3 אזרחים ליד עפרה, ב־7 במרץ נרצחו 5 מתלמידי הישיבה בעצמונה, ב־9 במרץ נרצחו 11 בפיגוע בקפה מומנט בירושלים, ב־20 במרץ נרצחו 7 בפיגוע באוטובוס בוואדי עארה, והשיא היה בפיגוע במלון פארק בנתניה ב־27 במרץ שבו נרצחו 30 איש. בסה"כ אירעו ב־27 הימים הראשונים של מרץ 23 פיגועים בשטחי יהודה ושומרון ובשאר שטחי מדינת ישראל. בתגובה לאירועים אלו תקפה ישראל את השוטרים הפלסטינים ואת ארגוני הטרור במתקפה חסרת תקדים וב־10 במרץ הודיע הרמטכ"ל מופז כי כ־200 פלסטינים נהרגו על ידי ישראל. ניסיון של שרון למנוע את התדרדרות המצב על ידי ויתור על הדרישה של "שבעת ימי השקט" ב־8 במרץ לא הצליח למנוע את ההתדרדרות המהירה במצב. גם הגעתו של זיני השליח האמריקאי לאזור ב־14 במרץ לא מנעה את התדרדרות המצב. בסופו של דבר לאחר הפיגוע בנתניה בערב ליל הסדר הורתה ממשלת ישראל על פתיחת מבצע חומת מגן, שבמהלכו נכבשו כמעט כל הערים הפלסטיניות בשטחי יהודה ושומרון.
במסגרת המבצע, נהרגו כ-500 פלסטינים, נתפסו מבוקשים רבים, הוחרמו מאות כלי נשק שונים, ואף נתפסו מסמכים רבים הקושרים את ערפאת ואת הרשות הפלסטינית לפעילות טרור. ערפאת עצמו בודד במוקטעה שברמאללה, לאחר שרובו של המבנה השלטוני נהרס, ולא הורשה לצאת משם. מוקדי ההתנגדות החזקים ביותר במבצע, היו שכם וג'נין. בקרב בג'נין השתמש צה"ל בדחפורי D9 משוריינים על מנת להכריע את הפלסטינים החמושים, להרוס תשתיות טרור ולסלק מטעני חבלה. דחפורים אלו השאירו הרס במחנה הפליטים ג'נין. בבית לחם ברחו מבוקשים לתוך כנסיית המולד, ורק ולאחר משא ומתן ממושך והתערבות של מדינות שונות, הם יצאו והיגרו למדינות שהסכימו לקלוט אותם. מאז המבצע יצא צה"ל מערים אלה וחזר אליהן פעמים אחדות. כניסת כוחות צה"ל לערים נעשו על פי רוב לפי צרכים מבצעיים, במיוחד לפי התרעות ממוקדות על מעבדות נפץ ופיגועי התאבדות.
גם במהלך המבצע ואחריו התרחשו פיגועי תופת נגד ישראל (ב־29 במרץ התאבדה איאת אל-אח'רס בירושלים והרגה שני אזרחים, ב־31 במרץ התרחשו פיגוע במסעדת מצה בחיפה שבו נרצחו 15 איש ופיגוע באפרת שבו נפצעו 6 אנשים), אך הם פחתו באופן ניכר ומוקד הפעילות הדרים לאזור חברון וההתקפות עברו אל תל אביב וירושלים מאחר שמרכזי הטרור בג'נין ושכם ספגו מכות קשות במבצע "חומת מגן".
אחרי מבצע חומת מגן.
התחדשות הפיגועים הביאה לקראת סוף יוני את ישראל לפתוח במבצע דרך נחושה. מבצע זה היה למעשה רצף ארוך של פעילות נגד ארגוני הטרור הפלסטיניים בגדה המערבית, שמייצב תפישה מבצעית חדשה בכל הנוגע למלחמה בטרור ביהודה ושומרון. בניגוד למבצע חומת מגן שבו הופעלה מסה צבאית באופן מרוכז, במבצע הופעלו הכוחות באופן מבוזר, במאות פעולות נקודתיות שבוצעו באופן אינטנסיבי ומתחדש. למעשה, במהלך המבצע נפרשו כוחות צה"ל באופן קבוע בשטחי יהודה, שומרון ועזה והקימו מערך הגנה וסיכול שכלל גם שינויים בשטח (הקמת גדרות, חפירת תעלות, הצבת מחסומים ועוד). ארגוני שמאל וארגוני זכויות האדם מתחו ביקורת על השיטות בהן נקט צה"ל, בייחוד על השימוש בעוצר, על הריסת הבתים והשימוש ב"נוהל שכן" ומאוחר יותר בנוהל סיר לחץ. הביקורת התבטאה גם בסרבנות מאורגנת לשרת בשטחים מצד התארגנויות של חיילים ("אומץ לסרב") ותנועות "יש גבול" ו"פרופיל חדש".
באוגוסט 2002, לאחר סיום מבצע דרך נחושה, סיכמו ישראל והפלסטינים על תוכנית "עזה ובית לחם תחילה" שבו נסוגה ישראל משטחה של בית לחם ומחלק מהעמדות בעזה. תוכנית זו נחלה הצלחה בשלביה הראשונים, ובאמצע אוקטובר הורחבה גם לחברון. בעקבות סדרה של פיגועי ירי קטלניים, הפיגוע בחוות הדלק והגז פי גלילות ופיגוע התאבדות באוטובוס בתל אביב הטילה ישראל מצור נוסף על המוקטעה ברמאללה (מקום משכנו של ערפאת) בין 19 ל־29 בספטמבר אבל נאלצה לסגת בעקבות לחץ אמריקאי. תוכנית "בית לחם תחילה" שהורחבה ל"יהודה תחילה" התמוטטה בעקבות הפיגוע בציר המתפללים שאירע בחברון באמצע נובמבר וצה"ל חזר לשלוט ישירות בעיר ולאחר מכן גם בבית לחם.
ב־2002 וב־2003 מיקדו המחבלים את התקפותיהם על אוטובוסים עמוסים במרכזי הערים הישראליות, אך בעיקר בירושלים, שהייתה הקרובה ביותר למרכזי הטרור בחברון ורמאללה. הפיגועים היו קטלניים ביותר וגרמו למאות הרוגים. הפיגועים הקשים באותה תקופה היו באוטובוס מספר 830 ליד צומת מגידו (17 הרוגים), באוטובוס מספר 32א בצומת פת בירושלים (19 הרוגים), במועדון "שפילד קלאב" בראשון לציון (15 הרוגים), באוניברסיטה העברית בירושלים (9 הרוגים), באוטובוס מספר 37 בחיפה (17 הרוגים) ובאוטובוס מספר 14א בירושלים (17 הרוגים).
לחלק מהפיגועים סייעו אנשים מקרב ערביי ישראל וערביי מזרח ירושלים (שהם בעלי תעודת זהות כחולה). חוליית סילוואן ממזרח ירושלים, שהופעלה על ידי החמאס, הייתה אחראית לפיגועים בקפה מומנט, באוניברסיטה העברית, בשפילד קלאב בראשון לציון וכן בניסיונות לפיגועים והטמנת מטענים בתשתיות אסטרטגיות. החוליה נעצרה בידי השב"כ. בצפון ובמשולש נחשפו הן חוליות טרור של ערבים ישראלים והן סייענים שהסיעו מחבלים מתאבדים.
שנת 2002 הייתה שנת השיא של העימות, ומבחינת ישראל גם השנה הקשה ביותר. במהלכה על פי נתוני השב"כ הוצאו נגד ישראל 53 פיגועי התאבדות, נרצחו 452 ישראליים ונפצעו 2,284.