Tentera Udara A.S telah mengatur gerak pesawat versi F-15C, D dan E ke Teluk Parsi pada 1991 untuk menyokong Operasi Desert Storm dimana mereka mencapai 36 kemenangan dari 39 pertempuran udara ke udara. F-15E kebanyakan digunakan pada waktu malam, untuk memburu pelancar peluru berpandu SCUD yang diubahsuai dan tapak artileri menggunakan sistem LANTIRN. Berdasarkan Tentera Udara A.S, F-15C disahkan telah memusnahkan 34 buah pesawat Iraq, kebanyakan dengan tembakan peluru berpandu: 5 buah MiG-29 "Fulcrum," 2 buah MiG-25 "Foxbat," 8 buah MiG-23 "Flogger," 2 buah MiG-21 "Fishbed," 2 buah Su-25 "Frogfoot", 4 buah Su-22 "Fitter", sebuah Su-7, 6 buah Mirage F1, sebuah kapal terbang kargo Il-76, sebuah pesawat latihan Pilatus PC-9, dan 2 buah helikopter Mi-8. Setelah penguasaan udara berjaya dikuasai dalam 3 hari pertama konflik, pesawat Iraq dilaporkan melarikan diri ke Iran dan tidak cuba secara aktif untuk menyerang pesawat A.S. Pesawat satu tempat duduk F-15C telah digunakan untuk menguasai ruang udara manakala pesawat F-15E pula digunakan untun serangan darat. F-15E kemudian berjaya memusnahkan helikopter Mi-8 Iraq dengan menggunakan bom panduan laser. 2 buah F-15E telah musnah disebabkan oleh tembakan dari darat dalam Perang Teluk 1991. Sebuah lagi telah mengalami kerosakan di darat akibat serangan peluru berpandu SCUD ke atas pangkalan udara Dhahran.