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2001年に就任したジョージ・W・ブッシュ大統領は、就任直後から査察に対するイラクの非協力姿勢を問題にしていた。この頃からアメリカとイギリス国内でイラクに対する強硬派の主張が高まり始めた。イラクに対する強硬論が高まった背景としては、国連主導の経済制裁に緩みが発生し、密貿易で資金を調達したイラクが軍備の増強を行っているという観測があった。2月には完成しつつあるイラクの防空網を破壊するための米英両軍による空爆が行われた。6月、アメリカとイギリスは2001年11月に期限が切れる『石油と食糧の交換計画』に代わるイラクに対する経済制裁案である「スマート・サンクション」の導入を提案した。しかし、ロシアの強硬な反対により、従来の制裁が継続されることになった（国際連合安全保障理事会決議1328）。9月11日、アメリカで同時多発テロ事件が発生した。世界でテロに対する非難やアメリカに対する哀悼のコメントが寄せられる中、イラク国営放送のコメンテーターは第一報として対米テロ攻撃を「アメリカのカウボーイがこれまで犯してきた人道への犯罪に対する果実だ」と論評した。この報道は、アメリカ側のイラクに対する心証を悪化させたものの、アメリカ政府はテロ事件発生後一か月間はむしろイラク政府の関与に否定的なコメントをしていた。10月20日になって、サッダーム・フセイン大統領はアメリカ市民に対する弔意をはじめて示した。アメリカがイラクのテロ関与を疑いはじめた翌年の9月19日にはナージ・サブリーが国連総会で弔意を改めて示し、イラクとアルカイダを結びつけるアメリカ政府の論調を非難した。アメリカ政府内ではイラク政権の完全な武力征伐が安定への最善の方法であるという対イラク強硬派のポール・ウォルフォウィッツ国防副長官、リチャード・パール国防省国防政策諮問委員長などの発言力が強まり、イラクに対する政権転覆を狙った軍事行動を取るべきであるという見解が度々持たれた。11月にアメリカはクウェートへ2000人の増派を行った。
ブッシュ大統領は2002年初頭の一般教書演説において悪の枢軸発言を行い、イラク、イラン、北朝鮮は大量破壊兵器を保有するテロ支援国家であると名指しで非難した。特にイラクに対しては、長年要求し続けた軍縮の進展の遅さと、大量破壊兵器の拡散の危険を重視し、2002年に入って政府関連施設などの査察を繰り返し要求した。一方、かねてよりフセイン政権と対立していたイスラエルは、2002年4月にベンヤミン・ネタニヤフ元首相が訪米して「フセイン大統領は核兵器を開発中である」とその脅威を訴えたのを皮切りに、同年5月にシモン・ペレス外相がCNNの取材に「サッダーム・フセインは（米同時多発テロ事件首謀者とされる）ビン＝ラーディンと同じくらい危険」と答えた。アリエル・シャロン首相も、イラクへの早期攻撃を求めた。また、ヘブライ大学のシュロモ・アヴィネリ教授は、『ロサンゼルス・タイムズ』にイラク戦争反対派を1930年代ナチス・ドイツへの宥和政策になぞらえて非難する論文を発表。宥和政策の否定は開戦支持派の有力な主張となった。2002年11月8日、国連では、イラクに武装解除遵守の『最後の機会』を与えるとする国際連合安全保障理事会決議1441が全会一致で採択された。イラクは「悪の集団」による「邪悪な決議」と非難したが、UNMOVICの受け入れを容認し、4年ぶりに全面査察に応じた。また、決議には30日以内に報告するという規定があったが、イラクは「邪悪な決議」であることを理由に期限の延長を申し出たが、受け入れられなかった。12月7日にイラクは膨大な量の申告書を提出した。
2003年1月9日、UNMOVICのハンス・ブリクス委員長とIAEAのモハメド・エルバラダイ事務局長は安全保障理事会に調査結果の中間報告を行った。この中で、大量破壊兵器の決定的な証拠は発見されていないものの、昨年末に行われたイラク側の報告には「非常に多くの疑問点」があり、申告書には「矛盾」があるとした。また、イラク側が国連ヘリコプターによる飛行禁止区域の査察を拒否するなど、査察非協力も明らかになった。1月16日には化学兵器搭載可能なミサイル14基の存在が不明であるとUNMOVICによって説明され、イラクが長距離弾道ミサイルに該当しないとしていたアルサムード2の射程が安保理決議違反であると認定されたほか、炭疽菌、タブン、ソマンなどの生物兵器・化学兵器廃棄情報が確認されないなど、イラク側が申告した内容には虚偽の内容があるとされていた。このためアメリカとイギリスは、イラクが安保理決議1441に違反したものとして攻撃の準備を始めた。2月14日から2月16日にかけてカトリック教徒でもあるイラクのターリク・ミハイル・アズィーズ副首相はバチカン、イタリアに渡りローマ教皇ヨハネ・パウロ2世と会談するなどして戦争回避姿勢を国際社会にアピールした。3月7日、UNMOVICは2度目の中間報告を行った。アメリカは査察が不十分であるとして、攻撃に関する決議採択を行おうとしたが、フランスは査察期限の延長を求めた。アメリカ、イギリスに加え、この時点で理事国ではない日本は、態度が不明確な非常任理事6か国に決議賛成の根回しを行ったが、失敗。このため、フランスが拒否権を行使することなく決議否決となる可能性が高まり、アメリカとイギリスは決議無しでの攻撃に踏み切ることにした。2003年3月17日、先制攻撃となる空爆を行った後、ブッシュ大統領はテレビ演説を行い、48時間以内にサッダーム・フセイン大統領とその家族がイラク国外に退去するよう命じ、全面攻撃の最後通牒を行った。一方フセイン大統領は、自国に向けた演説では徹底抗戦を主張していたが、それまでに2通、そして最後通牒後に更に1通、計3通の同一内容の書簡をブッシュ大統領宛てに送った。内容は「米政府が政権交代を求めなければ、あらゆる要求に完全に協力する用意がある」というものだったと言う。アメリカ側はこれら3通の書簡を全て受取り拒否した上で、2日後の3月19日（アメリカ東部標準時）に予告どおり、イギリスなどと共に『イラクの自由作戦』と命名した作戦に則って、侵攻を開始した。イラク攻撃にはフランス、ドイツ、ロシア、中国などが強硬に反対を表明し、国連の武器査察団による査察を継続すべきとする声もあったが、それを押し切った形での開戦となった。これら国々の反対の裏には人道的な反対というより、フセイン政権との関係やイラクの石油利権に絡んでいるとする意見もある。アメリカ国内の世論は武力介入には高い支持を与えたものの、国連の支持なしの攻撃には必ずしも国論は一致していないとされた。また、アメリカに合わせて武力行使を積極支持したイギリス・ブレア政権では、閣僚が相次いで辞任を表明し、政府の方針に反対した。3月17日ロビン・クック枢密院議長兼下院院内総務、3月18日フィリップ・ハント保健担当、ジョン・デナム内務担当両政務次官が辞任（BBCニュースの記事に更に詳細なリストがある）。結果としてブレア首相は議会の承認を早急に採りつける必要に迫られた。
亡命イラク人が、フセイン政権打倒のために、大量破壊兵器を保有しているとの情報を捏造し、アメリカ当局に伝えたとの疑惑が浮上している。イギリスのガーディアン紙によると、既にある亡命イラク人男性が捏造を認めているという。
後に元財務長官のポール・オニールが「政権開始当初からイラク戦争の計画はあった」と「暴露」した。開戦時のCIA長官だったジョージ・J・テネットは「ブッシュ政権内でイラク開戦前に同国の差し迫った脅威について真剣な協議は行われなかった」と自著で証言している。さらに、ジョゼフ・ウィルソン元駐ガボン大使が2003年7月6日付の『ニューヨーク・タイムズ』紙に寄稿した記事に端を発したプレイム事件によって、ブッシュ政権がイラクの脅威に関して意図的な情報操作（フレームアップ）をしていた疑惑が濃くなっている。またプレイム事件などの裁判などでも、ブッシュ政権におけるブッシュ大統領やディック・チェイニー副大統領ら複数の政府高官らによる情報操作とその関わりについて 裁判の中で語られている。
後に逮捕されたフセイン大統領は、ブッシュ大統領の意図を見誤り、空爆程度で収まると考えていたため、強気の発言をしていたと語っている。また暗に大量破壊兵器の存在を示唆することで、中東諸国におけるプレゼンスを高める狙いがあったとされる。
フランスとロシアと中国は石油や開発プロジェクトを巡ってイラクと良好な関係にあり、このためこの国連安保理常任理事国の3カ国が武力行使に反対する姿勢を崩さなかった背景にはその利益を守ろうとする動機があったとも言われている。また、フランスとロシアと中国は武器輸出もおこなっており、イラク軍の保有する兵器の大半はロシア、フランス、中国製で国際社会から武器禁輸を受ける湾岸戦争前はこの3カ国はイラクの武器輸入の90%も占めていた。また、ペルシャ湾への空母「シャルル・ド・ゴール」派遣を準備していたにも関わらず中止したフランスはイラクに多額の借款を持っており、戦争による体制の崩壊で当該借款が回収不能になることが危惧された。中国はフセイン政権時代の1997年にアルアーダブ油田の権益を得ており、イラクが戦後初めて外国企業との油田開発契約を結んだ相手も中国のCNPCでこの権益を保った。また、国連においてもイラク関連人道支援事業石油食料交換プログラムに関わる汚職が後に問題となった。これは経済制裁を受けていたイラクが石油と食料や衣料品を交換するという国連の事業であり、この計画に関与したブトロス・ブトロス＝ガーリ元事務総長のファミリー企業やベノン・セバン事務次長（当時）、コフィー・アナン元事務総長の長男コジョが密輸やイラク政府、関連企業からの賄賂によって利益を得ていたという事件である。イラクを軍事支援していたロシア、フランス、中国がこの計画で最も利益を得ていた。フセイン政権がこの計画で不正に得た収益は19億ドルにのぼるとされており、そのための賄賂と見られている。なお、国連に懐疑的なブッシュ政権や戦争賛成国のイギリスやオーストラリアにはイラク戦争前に本来構内は不可侵とされている国連本部を盗聴していたとする国連盗聴疑惑も起き、実際に盗聴器が設置されていたことがわかってる。
日本政府はイラク政府に対する債権放棄に応じ大きな損害を蒙った。平成17年（2005年）11月24日の外務省のプレスリリースによると繰延金利を加味しない場合、約7,100億円の債権削減と発表された。イラク戦争でアメリカに追従したが大量破壊兵器も見つからず、7,100億円もの債権放棄と原油高の長期化だけが日本にとっての結果となっており、不利益しかなかった日本国民から批判が起こった。イラク戦争によってイラクの原油輸出が減少したことも原油価格上昇の要因の一つになった。湾岸戦争時、総計130億ドルもの資金を提供し大きな批判が国内から起こったため、直接資金提供を実施するのではなく債権放棄という形で国民からの批判を回避しているとの指摘が出された。
2003年3月19日に開戦を宣言すると、翌3月20日には制空権が確実な状態で陸上部隊が進攻を開始した（イラク侵攻 (2003年)）。ウムカスルやルメイラ油田を攻略し、南部最大の都市バスラの攻防戦で幾分足止めを食らうが制圧。鉄道と道路沿いを西に向かい、ナーシリーヤでクートに北上する部隊とサマーワを経てユーフラテス川沿いにヒッラを目指す部隊に分かれ、4月にバグダードで合流して突入、これを攻略した。この攻略に際して米進攻部隊が途中で待ち伏せ攻撃に苦しんでいるとの情報を出し、バグダード市内にいた共和国防衛隊、特別共和国防衛隊の戦車などが進攻部隊攻撃のため市内を出たところ空爆によって大半が破壊された。これは市内での空爆の困難さからうまく市街地の外に戦車などを出す戦術ともいえる。合わせて北部のモスル、ティクリート、キルクークには空挺隊が攻略し、西部の砂漠地帯も同様に攻略した。全土の攻略に1ヶ月強というすさまじい速さでの占領であった。その迅速さは戦争開始前後から積極的にメディア工作をおこなっていたサッハーフ情報大臣がバグダードの平穏を強弁しているその後ろを米軍戦闘車両が通過する、といった映像が放映される一幕を演出するほどであった。
投入された兵力は1991年の湾岸戦争が66万人であるのに比較して、26万3千（アメリカ陸軍とアメリカ海兵隊で約10万、イギリス軍3万。海空軍、ロジスティク、インテリジェンスなどをふくめるとアメリカ軍約21万4千、イギリス軍4万5千、豪2千、ポーランド2.4千）と非常に少ない。GPS誘導爆弾やレーザー誘導爆弾など高性能の武器を効果的に用いることで特定の拠点を効率的に破壊するドクトリンとした。これは、湾岸戦争後にコリン・パウエルによって提唱された「パウエル・ドクトリン」と呼ばれる戦争のスタイル（圧倒的な兵力を投入し、短期間での勝利を目指すもの）と対照的である。各国の軍事専門家の間でもイラク戦争における米軍の戦術がどの程度功を奏するかについては注目され、あるいは心配されていた。この計画を積極的に提唱したのはラムズフェルド国防長官だと言われている。同長官はかねてより、パウエル・ドクトリンはベトナム戦争からの教訓として形成された「ワインバーガー・ドクトリン」の亜流であり、時代遅れになりつつある、との見解も表明している。実際にイラク戦争では、開戦劈頭における航空機のピンポイント爆撃をはじめとする空爆と巡航ミサイルによる結節点の破壊によってイラク軍の指揮系統は早期に崩壊した。組織的抵抗力を開戦直後にほぼ喪失したイラク軍は、各地で散発的に抵抗するしかなくなり、アメリカ軍は完全に戦争の主導権を握った。事前の大方の予想を裏切り、アメリカの陸上部隊も迅速にバグダードまで進軍することに成功した。このことはアメリカの圧倒的軍事力を一時的なイメージだけであれ世界中に見せつける結果となった。軍事大国アメリカの存在感をいっそう高め、中東を始め世界各国に改めて示すことができた訳である。開戦前から戦争が泥沼化すると予想していた研究者もいたが、この初期の圧勝によって彼らの主張は全く受け入れられなかった。この戦争ではスティンガーで武装させたMQ-1がイラク軍のMiG-25と交戦して互いに対空兵器を装備した有人機と無人攻撃機の史上初の空中戦も行われ、続く占領下の武装勢力との抗争では遠隔操作の無人自走機関銃を初めて実戦投入され、戦場のロボット化が進む。この軍事的成功はC4ISR化（指揮・統制・監視・偵察のIT化とコンピュータ化）をいっそう促し、RMA（軍事革命）という考え方が台頭する。イラク軍に69式戦車など武器を大量に供給していた中国もイラク軍の一方的な敗北に衝撃を受けて中国人民解放軍は特にC4ISRと無人航空機（ドローン）の活用などに注目していたとされる。
大量破壊兵器の保有に関してはUNSCOMのスコット・リッター主任査察官、IAEAのエルバラダイ事務局長（肩書きはいずれも当時）らは当初から否定的であった。イラク国内に入ったアメリカ軍は、大量破壊兵器の捜索を行った。また、UNMOVICも現地入りし捜索を行った。しかし捜索にも関わらず新たな大量破壊兵器は発見されず、2004年9月13日にパウエル国務長官は「見つからないだろう」と捜索断念を明らかにした。また、1995年のフセイン・カーミル・ハサン元イラク国防相の亡命の際に国連、MI6、CIAの三者による聴取が行われ湾岸戦争の後に生物・化学兵器およびミサイルを全て破壊したことをハサンは供述した。しかし内容は改竄され、査察の眼を盗んで軍事開発計画を進めているとの情報をハサンから得たと発表され、UNSCOMの調査方式変更の理由とされていた。CIAに依頼されて大量破壊兵器調査団長を務めたデビッド・ケイ（政治学者）が、2004年1月28日の上院軍事委員会公聴会で「私を含めてみんなが間違っていた。調査活動が85％ほど終了した今、生物・化学兵器が発見される可能性はもうないだろう」と証言した。同年10月にはアメリカが派遣した調査団が「イラクに大量破壊兵器は存在しない」との最終報告を提出。　匿名密告者カーブボールによる大量破壊兵器の情報の信憑性が薄いものであったことが明らかになった。この事に関してサッダーム・フセインは、拘束後のFBIの取調べで、イラクが査察に非協力的だったのは「大量破壊兵器を保持している事をほのめかす事でイランや国内の反政府勢力を牽制しようとした」ためで、化学兵器などの大量破壊兵器は「湾岸戦争後の国連の査察ですべて廃棄させられたため最初から無かった」と証言している。アメリカ政府は大量破壊兵器に関するCIAの情報に誤りがあったことが原因であるとし、議会で調査が行われる事態となった。一方、大量破壊兵器が発見されなかったことで、イラク戦争を支持した同盟国にも動揺が走った。最大の同盟国であるイギリスでは、ブレア首相が開戦前に「フセイン政権が生物化学兵器の使用を決定した場合、45分以内に配備できる」という報告書を提出し、情報の真偽を巡って政府職員に自殺者まで出していたため「国民を騙した」として支持率が急落、任期を残しての早期退陣に追い込まれた。デンマークのイエンスビュ国防相も開戦前に「大量破壊兵器問題をめぐる報告書」を提出してイラク戦争を支持したため辞任を余儀なくされた。また、ポーランドのクワシニエフスキ大統領は「アメリカに騙された」と批判し、日本の久間章生防衛相も「大量破壊兵器があると決め付けて、戦争を起こしたのは間違いだった」と発言し物議を醸した。アメリカを当初から支持した日本の外務省は、2012年12月にイラク戦争への対応に対する検証結果の報告を行った。この報告ではイラクに大量破壊兵器が不存在であることを証明する情報を外務省が得ていなかったと結論付け、外務省のとった対応は概ね適切であったと述べている。オーストラリアのブレンダン・ネルソン国防相にいたっては、「原油の確保がイラク侵攻の目的だった」と開き直る発言をして批判を浴びている。ブッシュ大統領は退任直前のインタビューで「私の政権の期間中、最も遺憾だったのが、イラクの大量破壊兵器に関する情報活動の失敗だった」と述べたが、大量破壊兵器を保有していないことを事前に知っていれば、イラク侵攻に踏み切らなかったのではという質問に対しては、「興味深い質問だ」と述べただけで、明確な返答を避けた。また、イラク戦争に賛成したヒラリー・クリントンは、2014年に侵攻は誤りだったと述べている。ISILはイラク国内にあり、米軍が破壊できなかった元化学兵器工場で略奪を行い、 サリンなどを含む2500発もの化学兵器を持ち去った可能性が示唆されている。 元化学兵器工場はバグダッド近くにあり、1980～1990年代に実際に稼動していたとの事。イラクでは夏ごろから武装勢力やテロ集団による襲撃により この元化学兵器工場のコントロールを失っていたとされている。 。
2008年3月、アメリカ国防総省は正式に「フセインとアルカーイダの関係を示す決定的証拠はない、認められるのはパレスチナ武装勢力との関係のみ」とする報告書をまとめた。なお、報告全文は当初インターネットでの公開が予定されていたが、直前になって突如文書頒布のみに切り替えられた。
イラク戦争は5月1日の『戦闘終結宣言』によって、連合軍は圧倒的勝利という姿で、形式的にはイラクへの攻撃を終了した。イラクはアメリカ軍のバグダード進攻によるフセイン政権崩壊以降、国連安保理決議1483に基づいてアメリカ国防総省人道復興支援室および連合国暫定当局（CPA）の統治下に入って復興業務が行われることとなった。アメリカ軍がバグダードに進撃すれば市民は諸手を挙げて歓迎し、米軍と共にフセイン体制打倒に決起してくれるだろうと考えていたブッシュ政権であったが、その観測は後に裏切られる事になる。
少数の兵力しか用いないという米英軍の戦術は進攻作戦においては大いに役に立ったが、占領政策にはひどく不向きであったと現在では考えられている。敵の軍隊のみを排除すればいい軍事行動とは違って、占領時にはインフラの復旧、治安の確保、食糧の配給など様々な活動が求められるが、兵士の数が足りないためどれも完全には行なえず、結果イラク国民の反発を招き、更に治安の悪化が進み、より多くの兵士が必要となるという悪循環を招いている。進攻当時、抵抗らしい抵抗をしなかった旧イラク軍だが、大規模兵器を早々と放棄し、小型の武器弾薬をこっそり隠して米軍に対してレジスタンス攻撃をしきりに行い、現在も継続していると考えられている。これはフセイン自身も証言し、大統領宮殿などからも証拠を確保したが、湾岸戦争終結時より計画していたもので、経済制裁を受ける中で、最低限の材料で爆弾を製造する方法なども情報機関や軍によって研究されており、攻勢を受ける間は抵抗せずに地下にもぐり、攻勢をやめた占領軍に対して爆弾で攻撃をかけていると考えられた。米英軍の占領政策はこのような事態を全く予測しておらず（ないしは非常に軽視したものと考えられ）、これは明らかに情報分析の初歩的敗北であり、「戦闘終結宣言」後に大量の死者を出す結果を招いた。現代において戦場で最も重要視される情報入手・統制、リスク分析において欠陥があったことは米英占領軍にとってはかなりの痛手であった。現状ではさらに旧軍人だけでなく、武装集団や過激派も活動を活発化させており、アメリカ軍や軍属、イラクで活動する民間人やマスコミ関係者への襲撃も増加している。また、バグダードなど大都市を占領すると、圧政から解放されたと感じた市民が略奪に走り、博物館の展示物や商店の品物が略奪の対象となった。これはこのような無政府状態に対する準備が行われていなかったことの表れでもある（略奪防止の措置は後手に回り、フォトジャーナリスト・森住卓の現地報告によれば、米英軍は他省庁を放置して石油省のみを厳重に警備していた。また、略奪物の8割ほどはイスラム聖職者などの教えによって返却された）。また市民の略奪に紛れ、武装勢力の中には市役所や警察署などを対象に狙う者もあり、米英軍はこれも防ぐこともできなかった。後に占領政策に移ると、市民の登録情報や個人情報、自動車の登録番号などが根こそぎ持ち去られるか、破壊されていることがわかった。このため、車爆弾や自爆テロで用いられた自動車のナンバーが判明しても、持ち主がわからないためレジスタンス組織の検挙に繋がらなくなっている。2009年1月、ブッシュ大統領は最後の記者会見で対テロ戦争は正当化したものの、2003年に行なった「戦闘終結宣言」は誤りであった事を認めた。正式な「終結宣言」は、さらに7ヶ月後の2010年8月31日、バラク・オバマ新大統領によってようやく為される事になる。
復興業務には「ハリバートン」社、「ベクテル・インターナショナル」社らアメリカの民間企業がいくつも参加していた。戦闘終結直後に民間企業が続々と参加してくることは初めてであったが、これら実験的な政策はチェイニーらブッシュ政権閣僚の肝いりであったと言われている。本来は軍が行ってきた輸送業務などを、安全が確保された地帯に限って民営化し、民間企業がトレーラーなどを使って食糧や物品、軍事物資を輸送する、民間企業は同時に石油開発事業も行って利益を得る、と言うものであった。アメリカ国防総省から見れば、戦争で大きな比重を占める輸送業務を民営化することで、その分の兵力と予算を作戦に回すことができ、効率的だと考えられた。しかし、実際にはイラクは戦闘状態であり、輸送任務についた民間のトレーラーは、アメリカ軍の護衛がついているとはいえ、すぐに武装勢力の標的となり、銃撃、爆弾攻撃、ロケット砲攻撃、殺人、誘拐が相次いだ。運転手にはアメリカ人の他、現地のイラク人やネパール人、フィリピン人ら賃金の安い外国人を雇用したが、彼らも数多く戦闘の犠牲となり、また度重なる攻撃によって幹線道路周辺は治安が悪化し、民間企業では手に余る状態となった。アメリカ軍は治安悪化によって兵力が不足し始めると、警備業務を民間軍事会社とよばれる企業に委託するようになった。高収入であるため、民間軍事会社に所属するかなりの数の警備員がイラクに入ったが、彼らも数多く殺害されている。武装勢力と戦闘して死亡した者も多い。ただし、警備員は飽くまで民間人であるため、死亡しても“戦死者”には計上されない。民間軍事会社の社員は多くは警察、軍の出身者であり、国籍も多様である。2007年9月にブラックウォーターUSAがイラク民間人17人を殺害、24人を負傷させる事件（ブラックウォーター事件）がおき、非難を浴びた。合衆国政府は少なくとも14人の射殺には正当性が認められないと判断しているが、ブラックウォーター社との契約を延長している。このように、輸送業務は麻痺状態に陥っているため、前線の兵士まで物資が十分に届いていないことが、兵士が家族に当てた電子メールなどでわかっている。特に水不足が深刻で、摂氏50度の砂漠の中で水分補給をぎりぎりまで制限されていると言う。また、現在のアメリカ軍はベトナム戦争の時代とは違って徴兵を行っていないため、イラクの状況から入隊希望者が集まらず、兵士の絶対数の確保が困難となっている。このため前線の兵士は数か月で帰還できるところを、1年以上待たされていることも普通である。この人員不足をアメリカ軍は州兵（国家防衛隊）で補っているが、彼らも同様に扱われる上、同じ州兵を繰り返しイラクに派遣するなど、待遇は悪化している（2006年には戦傷を受けて休養中の予備役や、果ては物故者にまで現役復帰を呼びかける文書が送付されていた事が発覚した。軍当局は“古い名簿に基づく誤った処理”と弁解している）。さらに州兵の不在が、結果としてアメリカ国内での災害の発生・拡大に深く影響を与えることも、2005年のハリケーン・カトリーナによって明らかとなった。一方、石油開発は油田施設やパイプラインへの攻撃で産油量が低迷。世界第二位の埋蔵量でありながら、安定した供給を行えない上、ブッシュ大統領が発言した「世界民主化」は、民族自決に反するものであり、王政や専制であるアラブ諸国の不信感をますます募らせたため、石油危機の再来が恐れられた。このため、石油メジャーを中心に石油資源買いが発生し、原油価格は戦闘終結宣言後から急速に価格が上昇した。
連合軍はイラクと講和したわけでも、停戦協定を結んだわけでもなく、いわばアメリカがクーデター（しかも起こる兆候さえなかった）に手を貸して旧体制を転覆、一方的に終結を宣言したに過ぎず（初期のヌーリー・マーリキー政権は米英の傀儡政権である）、前述したように、イラク軍やイラク政府が地下に潜ってしまった為である。また、戦闘が終結したことにすると、復興事業に乗り出すことができ、戦闘には参加できない国も兵力を差し向け易くできると言った政治的な意味合いが強かった。イラク軍は開戦前の投降呼びかけに2000名が応じる（米軍は当初8000名と発表）など戦意が低く、進攻中もほとんど反撃できず、極めて脆弱に見えた。アメリカ兵の死者は136名と湾岸戦争をさらに下回り、「イラク戦争は大成功であった」と世界に見せ付けることとなった。しかし、サッダーム一族や政府関係者は逃亡、また実際には戦闘終結宣言以降も散発的な戦闘が続き、アメリカ軍や有志連合を標的とした攻撃も頻発するようになった。8月には国連事務所を爆破してセルジオ・デメロ国連事務総長特別代表らを殺害（爆発の瞬間が、たまたま取材に入っていたNHKのクルーに撮影された）、国連チームの撤収に至った。この当時の攻撃は主にイラク軍や秘密警察の残党によるものだと考えられ、元大統領サッダーム・フセインや、彼の2人の息子や政権幹部らに指示されていると思われた。しかし、アメリカ軍による残党狩りによって逃亡した政権幹部の逮捕が進められ、7月には2人の息子（ウダイ、クサイ）が共に戦死、この年12月にようやくサッダームが逮捕されるに至ると、一時的に攻撃が増加したものの、事態は収束に向かうかに見えた。 ただし、この残党による攻撃によって5月までの戦闘によるアメリカ兵の死者数を上回る犠牲者が発生した。だが2004年に入ると攻撃の対象が拡大し、連合国暫定当局が設置した新しい警察や新しいイラク軍を標的とする事件が増えた。これらで犠牲になる者はほとんどがイラク人で、残党たちはアメリカ軍への攻撃に加えて、新体制の象徴たるものの破壊を狙ったと考えられる。また、民間外国人を狙った誘拐事件も頻繁に発生し、日本人民間人も被害に遭った。これらはイラク国内の武装勢力によるものと思われ、誘拐した人質と引き換えに軍を撤退させるよう要求するのが手口であった。ただ、彼らは宗教指導者の呼びかけに応じることも多かった。
2004年4月にはファルージャで反米武装勢力とアメリカ軍の間で、占領後初めての大規模な戦闘が起こった（ファルージャの戦闘）。また、この頃から南部でもシーア派イスラーム教徒が反米抗議を行うことが増え、一部の過激派が攻撃を加えた。更に、5月に米兵によるイラク人捕虜虐待が明るみに出ると、この反米運動は全国的な広がりを見せるに至る。6月に暫定政権が発足し、体制の構築が進むと、それに対応して攻撃も行われた。この頃から攻撃は無差別性が際立ち、大都市中枢などで一般市民を狙ったと思われるテロが相次ぐようになる。無防備ないわゆる「ソフトターゲット」と呼ばれる標的を狙うことについては、残党による手口だとは考えにくいと当時から囁かれた。また、この頃から、アルカーイダ系の武装集団がシリアやイランを通じて大量にイラク入りしていると報道された。さらに、南部に多いシーア派の過激派民兵が8月に武装蜂起し、南部最大の都市バスラを中心に米英軍と戦闘となった。シーア派民兵はムクタダー・サドルに率いられ、組織的な戦闘を行ったが、民兵側の犠牲が相当数に上り、イラク・シーア派の指導者アリー・シースターニーの停戦呼びかけに応じ、1ヶ月ほどで沈静化へ向かった。続く11月にはアルカーイダ系の武装勢力（アメリカ軍は当時そう考えていた）の活動がファルージャで活発になり、アメリカ軍は「夜明け」と命名した作戦によって攻撃した（ファルージャの戦闘に詳細）。しかし事前に大々的報道がなされたため、目的であるザルカーウィーらアルカーイダ系テロリストは既に逃亡、武装勢力も散った後であった。米軍が直接制圧に当たっているが、12月後半には7割の地域で武装勢力が回復したと言われている。また、ザルカーウィーにしても、彼が真に武装勢力の指導者であったことに疑いの声が上がる。アルカーイダの犯行と思われた事件のほとんどはフセイン政権の残党によるものと言う見方が、現在では強まっている。アメリカはこの作戦「夜明け」を実行するに当たり、バグダードの治安要員が足りなくなるため、イギリス政府に対して、バスラを中心としたイラク南東部を活動範囲としていたイギリス軍の一部をバグダードに転戦させた。ファルージャの戦闘の一方は米軍だったが、他の一方は「反米武装勢力」とは断定できない。
この執拗な攻撃やテロに対し、有志連合を結成していた各国が次々に離脱を宣言した。とくに開戦当初から支持を表明していたスペイン国内で2004年3月11日に列車爆破テロが発生したことは、派兵国に少なからず動揺を与えた。ブッシュ政権はイラクの治安悪化を理由として、派兵要員を13万人から15万に増強する旨を発表した。さらに2004年11月のアメリカ大統領選挙終了後は20万人に増強する動きもあったが、実際は14万5千人までの増強で抑えられた。2005年4月には新憲法案の採択を行う移行政府が発足し、アメリカのイラク復興業務は次の段階に入った。ところが、2005年の夏に起こったハリケーン「カトリーナ」の襲来時、肝心の被災地で活動すべき多くの州兵がイラクに派遣され救難活動が遅れたために2千人近くが死亡したとする批判が国内から相次いだ。このためブッシュ政権は一部の兵力を本土に帰還させ、イラク駐留兵力は13万8千人となった。12月の議会選挙の際にはさらに多い15万5千人に増員したが、翌2006年2月には早々と13万6千人に削減し、3月には13万3千人となった。また、2月には正式な民主政権が発足する予定であった事から、ポーランド、韓国、イタリアに引き続き、イギリス、オーストラリア、日本が相次いで兵力削減・離脱を発表した。しかし、シーア派とスンナ派（あるいは石油資源を巡るクルド人）の対立から政権建設は難航し、同月22日のアスカリ廟爆破事件によって宗派対立に発展した。このため、日英豪3か国の撤退計画は不透明なものとなった。
アスカリ廟爆破以来、報復合戦となったシーア派とスンナ派の衝突は、3月に入ってからは沈静化したものの、一部で内戦の危機と報じられたが、多国籍軍はこれを否定した。しかし、一方で米メディアなどはイランの武装勢力が侵入してテロ工作をしていると報道し、アメリカ政府高官や軍もイランを（核開発問題を絡めて）非難している。武装勢力にはイラク人がシーア派、スンナ派、クルド人のグループがそれぞれいくつもあり、シーア派にはイランからの支援が、スンナ派はシリアが援助しているとも言われる。ただし、シリアは少数派のシーア派系アラウィ派がスンナ派を支配する国家形態であり、イラクのスンナ派政権とは長年対立を続けてきたため、これに積極的な支援を与えているわけではないとの見方も存在する。また、フランスに海外拠点を置く旧バース党残党も他のスンナ派勢力と連携して活動を続けていると見られ（バグダード市ドーラ地区、アザミヤ地区を実質的に支配）、国外からもイスラム主義勢力などが侵入していると「戦闘終結宣言」直後からささやかれていた。
2006年4月に入ると、エジプトやサウジアラビアの要人が相次いで「イラクは内戦である」と発言し、これに対してイラク移行政府が強く反発した。しかし国内はシーア派とスンナ派による抗争が過激化し、連日テロや殺戮が起こっていた。スンナ派が反発したのは移行政府首相がシーア派過激派のサドルと親密だったからである。4月22日、シーア派系議員連合「統一イラク同盟」（UIA）は、首相にヌーリー・マーリキーを擁立した。スンナ派とクルド人も容認し、連邦議会が再開した。4月26日には早くもアメリカ政府からラムズフェルド国防長官とコンドリーザ・ライス国務長官が相次いでイラク入りし、これを歓迎した。閣僚についての決定は、各宗派の調整に手間取り、閣僚をそれぞれの宗派の議席に割り当てることで合意するが、国防相と内務相をマーリキーが兼任すると言う暫定的な形となった。5月20日にマーリキーが閣僚名簿を読み上げ、議会が賛成して承認され、正式政府が発足した。フセイン政権崩壊から3年が経過していた。アメリカ軍は、政権発足時に25万4000人のイラク治安部隊を32万5000人に増強し、12月までに95パーセントを達成するとした。しかし、アメリカ軍の撤退については、ラムズフェルド長官は「削減できればいいが、約束はできない」と発言した。政権発足直後の6月7日、マーリキー首相とアメリカ軍は共同で、イラク国内でテロを誘発してきたとされるザルカーウィー容疑者を、空爆作戦によって殺害したと発表した。成果は発足直後のアピールとして強調され、6月13日にはブッシュ大統領が電撃訪問してマーリキーを祝福したが、ザルカーウィーの配下は1,000名程度とされる一方、イラク全土の武装集団は20,000名以上と推測されており、アルカーイダも直後に後継者を発表したことから、政治的にも戦略的にも効果は薄いと見られる。実際、その後も一般市民を標的とした爆弾テロや、武装勢力による拉致、殺害、銃撃などは相次ぎ、2006年内のイラク国民の死者は3万4000人以上となった。政権発足後も状況に大きな変化はなく、米国政府とマーリキー政権は相互不信に陥りつつあるといわれる。イラク政府は同国の安定化を模索する国際会議を3月10日にバグダードで開催すると発表した。イランやシリアを含む周辺諸国のほか、米国をはじめとする国連安保理の5常任理事国、アラブ連盟、イスラム諸国会議機構（OIC）が招待された。4月にも開催予定で日本などサミット参加国も加わる。米側は国務省報道官の記者会見などで路肩爆弾による米兵への攻撃問題を取り上げたいと表明した。
イラクのスンナ派の町では米軍に対する攻撃が盛んであるが、国外から侵入するアルカーイダ系勢力に対しても外国の武装勢力だとして武力衝突が生じていた。その一方で資金力に優れるアルカーイダと一部スンナ派武装勢力が対米攻撃で協力関係を結ぶなど、スンナ派地域へのアルカーイダの浸透も進んでいた。そこでアメリカ軍はイラクのアルカーイダ系組織の幹部ザルカーウィーの脅威を強調し、ザルカーウィー派掃討を目的とした空爆などの過激な攻撃をスンナ派地域で繰り返した（結果として2006年6月のザルカーウィー殺害後もイラク情勢への影響はあまりなかった）。この時スンナ派の間では、攻撃による巻き添え被害の大きさからザルカーウィーを追放しようとする動きが強まった。2007年に入り、アルカーイダの過激な活動に反発するスンナ派市民までがテロの対象とされ、塩素ガスを用いたテロによる多数の被害者をだし両者間の溝が表面化した。4月には主要なスンナ派武装勢力のひとつ「イラク・イスラーム軍」が構成員30人をアルカーイダに殺害されたとして、ビン＝ラーディンに対する非難声明をだした。こうした「反アルカーイダのスンナ派」と「アルカーイダ系スンナ派」の対立のなかで、アメリカ軍が反アルカーイダのスンナ派部族と協力関係を持つなど、事態は一層複雑化している。6月25日バグダード中心部にあるマンスール・ホテルのロビーで発生した自爆テロでは、アルカーイダ系過激派との戦いに協力した6人のスンナ派部族指導者が殺害された。
2007年1月10日、ジョージ・ブッシュ米大統領は「イラクの混乱の原因はすべて私にある」とテレビ演説し、陸軍5個師団・1万7500人、海兵隊2個大隊・4000人から成る、最大で米兵2万2000人のイラクへの一時増派を明らかにした。兵力増強をブッシュに進言したのはジョン・マケイン上院議員だとされる。2月にはイラク駐留米軍の司令官にデービッド・ペトレイアスが就任した。具体的には、1万数千人がバグダードで治安維持に当たるほか、治安悪化の著しい西部の州にも7000人程度が派遣され、ゲリラ掃討に当たるというものであった。また、この戦争と占領によって、米本国の陸軍と海兵隊の人員が不足したことから、数万人規模で増員した。さらに、ペルシャ湾に空母打撃部隊2個部隊を配備するなど、イラクのほか、イランやシリアに対する軍事的威嚇の度合いを強めている。同年3月までに憲兵やヘリコプター部隊が増派され、増派規模は最終的に3万人となった。しかし、過去数度にわたる増派の効果がいずれも薄かったことから今回の増派の効果を疑問視する声は根強く、同年1月24日には上院外交委員会で増派反対決議案が可決・上程され、翌月17日には下院本会議で増派反対決議が賛成：246対、反対：182で可決、共和党からは17人が賛成に転じた。ただ、上院では本会議に上程されたものの審議打ち切りに必要な60票には到達せず同案は廃案となった。増派反対の世論は61%（2007年3月18日・CNN世論調査）にも上っていた。前述のマケイン上院議員は、側近議員数名と同年4月にバグダードを訪問し治安状況を視察するが、その際には護衛が100人以上つくなど、治安状況は悪化の一途をたどっていた。しかしながら、同年5月25日には、撤退期限を明示しない1000億ドル相当の対イラク戦費法案が上下両院を通過（下院では280対142、上院では80対14）、夏以降の増派は一定の成果を見せ、2007年の米兵死者数は年間では過去最悪の901人を記録したが、5月の126人をピークに9月以降減少傾向を見せ、10月にの米兵戦死者は39人に減少、11月には37人、12月はその数は更に下回り23人となった。米軍は依然として状況を楽観していないが、2004年2月の20人に次ぐ低水準となった。これには、ペトレイアスの新たな治安維持戦略が挙げられる。ペトレイアス戦略は「交番作戦」と称されるもので、防御を固めた少数の大規模駐屯地を中心に活動を展開した前任のジョージ・ケイシー司令官とは異なり、地域に広く展開して継続的なプレゼンスを確立することに重点をおいていた。また、同時に人道復興活動等を強化して地域住民に対する心理的プレゼンスを確立することも重視しており、前述のアルカーイダに反発するスンナ派諸部族や同派部族を代表する覚醒評議会（Majlis al-Sahwa）との連携強化につながった、こうした硬軟の使い分けにより、2007年7月のバアクーバでの戦闘でイラク聖戦アル・カーイダ機構に大攻勢をかけ、ペトレイアス司令官によると、聖戦機構の6 - 7割に打撃を与えたとしている。2007年10月には軍内部で対聖戦機構勝利宣言が検討されたが、その際には慎重論が大勢を占めた。
2008年1月には石油生産量が開戦前と同水準の250万バレルにまで回復した。また、フセイン拘束を指揮したことでも知られるレイモンド・オディエルノ副司令は2008年8月までには米軍の駐留規模を2、3万人削減できるとの見通しを示している。2008年4月8日にはペトレイアス司令官が上院で証言を行い、増派前の水準への兵力削減を発表する一方、武装勢力との攻防が依然一進一退の状況であることから、それ以上の追加撤退については否定した。同年7月22日までに増派された部隊は撤退完了を遂げた。また、同年4月の米兵戦死者は、後述のシーア派同士の抗争から一時的に治安が悪化し52人に上るが、翌5月は戦況が再び好転し、米兵の死者は開戦以来最低の19人、多国籍軍全体でも21人に留まった。更に、同年7月には戦死者は11人に留まり治安回復傾向がより顕著になった。それを受けブッシュ大統領は派遣された兵士の駐留期間を15か月から12か月に短縮することを発表した。また、CBSの調査によれば2007年8月には2000人を数えていた民間人の死者は、2008年6月には490人に減少、多国籍軍に対する攻撃も1500件から200件に激減した。更に、同年9月の米兵の死者は8人に減少し、10月には7人にまで減少した。同月のイラク人の死者も238人と開戦後最低を記録した。ペトレイアスは、治安回復の功績を認められ、ディック・チェイニー副大統領との対立から米国中央軍司令官の職を辞したウィリアム・ファロン海軍大将の後任に、10月31日付けで就任した。また、これらを受け、同戦争及び増派に反対の立場をとってきたバラック・オバマ上院議員は9月4日のFOXテレビの取材に対し、増派の成果を認めている（オバマは前述の戦費法案に反対票を投じた14人の議員の一人）。2008年12月現在、イラクには14万6000人の米兵が駐留している。2009年3月にABC、BBC、NHKが行った合同調査によると、85%が治安が良い、もしくはかなり良いと答えているなど、イラク人の治安に対する実感も上昇しているとされる。
フセイン政権下では人口の2割の少数派のスンニ派が支配していた。フセイン政権崩壊後はこれまで支配下に置かれていたイスラム教・シーア派勢力が政権の中枢に躍り出たが、スンニ派にとっては不満が残るものであった。 さらにイラク戦争から5年を迎えた2008年3月に入ると、そのシーア派内でも内部抗争が勃発。同派の強硬派であるムクタダー・サドル一派と政府との対立が表面化した。政府軍とマフディー軍が、同月25日にバスラで衝突したのを皮切りに、クート、ヒッラ、バグダードに拡大。マーリキー首相自身が陣頭指揮を執った、25日のバスラでの戦闘では双方合わせて31名が死亡した。26日にマーリキー首相は、28日までのマフディー軍の武装解除を要求、一方のサドルも前日のナジャフでの声明で徹底抗戦の構えを見せている。27日には両者の戦闘でバスラ近郊の石油パイプラインが爆破された。また同日には、米国のジョージ・ブッシュ大統領がオハイオ州での演説で政府軍支持を鮮明にした。更に、同日深夜にはバグダードで外出禁止令が発令された。翌28日には政府軍に同調した米軍が南部・バスラのマフディー軍施設を空爆した。同日にマーリキー首相は、マフディー軍の武装解除期限を4月8日まで延長すると発表した。30日にはサドル自身がマフディー軍に対し戦闘中止を呼びかけ、31日にはバグダードの外出禁止令が解除された。
イラク北部の都市キルクークには巨大な油田があるために、サッダーム・フセイン政権の下、トルコ人、クルド人が追い出された経緯を持つ。2003年4月の第2週頃、アメリカ軍のキルクークへの進攻に伴いイラク人は町を離れ、周辺都市からクルド人が来訪、略奪を繰り返すようになった。トルコは自国のクルド人が独立国家を設立しようとする可能性について懸念を抱いており、キルクークがクルド人自治区となること（ひいては原油関連事業の資金がクルド人の手に渡ること）に反対していた。アメリカ政府もトルコ政府のこの方針に賛成し、クルド人自治区はほとんど現状維持という形となった。しかしながら、当然のこととしてクルド人の独立志向がそれで止むということにはならず、キルクークやモスルでペシュメルガによるアラブ人やトルクメン人、アッシリア人に対する民族浄化が多く報告される他、2006年9月にはクルド民主党党首であり、自治区議長を務めるマスード・バルザニが自治区でのイラク国旗使用を廃し、クルド旗の掲揚を命じる議長令を発布する等事実上の独立に向けた動きを加速させている。こうした中、2007年3月末にはクルド人のキルクーク帰還と入植アラブ人の帰郷を進める法律にマーリキー首相が署名した。しかし、入植アラブ人の帰郷が強制的な追放ではなく当人の任意とされたことに同法案をキルクークのクルド自治区編入と、対アラブ人民族浄化の総仕上げと位置づけるクルド側は強く反発しており、またアラブ人側もシーア派主体の同市においてマフディー軍が躍進するなど強い抵抗の構えを見せている。また、同市の民族紛争においてはアルカーイダを始めとするスンナ派の武装組織がマフディー軍に協力を与えているとの報道もあった。この様な民族間、宗派間の綱引きの結果、2008年現在未だにキルクークの帰属に関する投票は行われていない。また後述するトルコとの緊張状態もあわせ、イラク政府も含めた『自治区全周の脅威に備えるため』としてPKK、PUK両党は一貫してペシュメルガの拡充を続けており、その総兵力は公称だけでも20万を超えるに至った。一方で、民族としての単一性を高めることで治安・経済を安定させ、独自に海外からの投資も多く受け入れるクルド人自治区に安全と職を求めて自治区外からアラブ人の国内難民が流入する矛盾に満ちた状況も発生している。ただし、もともとの経済規模の小ささに加え、根強い反アラブ感情もありアラブ系難民にまともな仕事があてがわれることが少ないこともまた事実である。
トルコは国内に多くのクルド人を抱えており、クルド人勢力のテロと分離独立の動きを警戒している。イラクからのクルド人勢力の越境テロもあり、アメリカとイラクに対して対応を求めているが、治安の悪化を恐れて積極的な対応はされていない。こうしたなか、トルコは国境地帯に軍を展開させたが、逆に国境地帯でクルド労働者党（PKK）がトルコへの攻撃を激化させた。2007年6月にはPKKが拠点とするイラク北部のクルド人自治区に対してトルコ軍が大規模な越境攻撃を実施したとの報道が流れたが、トルコ側は限定的な作戦だったとして否定した。その後、10月7日（ハッキャリでの武力衝突 (2007年)）にトルコ兵13人が死亡するPKKの攻撃があり、トルコではイラク北部への1年間の越境軍事活動を可能にする法案が可決された。しかし21日には再びPKKの攻撃によりトルコ兵17人が死亡、応戦でPKKの32人が死亡し緊張が高まった。イラク国境を挟んだ緊張状態はPKK及びトルコ軍航空部隊両者の数次に渡る越境攻撃を経て持続され、2008年2月21日、トルコ軍はついに2個旅団数千人規模の部隊をイラク北部へ越境進行させた。これに対しPKKは激しく抵抗、クルド自治区もペシュメルガにトルコ軍との遭遇した場合には応戦するよう命じ、情勢は一触即発の事態にまで進展した。しかし、トルコ軍は結局アメリカ政府の強い圧力の下に初期の目的を果たせぬまま撤退を余儀なくされ、イラク政府は3月1日までにトルコ軍越境部隊の撤収を確認し、危機は一応の収束を迎えた。また、同軍の越境攻撃に関してはレジェップ・タイイップ・エルドアン首相は消極的であったとされるが、ケマル・アタテュルク以来の国是である政教分離を守ろうとする軍部と首相の所属政党でイスラム主義を標榜する公正発展党の内部から突き上げられ、両者との板ばさみになっている側面もある。
2011年にアラブの春が勃発し、イラクの周辺でもシリア内戦が勃発するなど不安定化が著しくなった。ISILは旧バース党員を吸収し、スンニ・シーアの対立を利用しながらイラクとシリアで勢力を拡大、内部分裂で弱体化していたイラク軍は2014年にモースルを奪われた。モースルの戦いをはじめとした激しい攻防戦の末、2017年12月にイラクからのISIL一掃を宣言した。
開戦からブッシュ大統領による“戦闘終結宣言”が出されるまでの期間は非常に短かったが、2008年3月現在もイラク人兵士・警察官・民間人、そしてアメリカ軍をはじめとする多国籍軍兵士も、ともに犠牲者が増え続けている。イラク治安部隊（新イラク軍・新イラク警察）は、イラク警察だけで少なくとも8,000人から10,000人が戦死している。アメリカ兵の犠牲者は4,000人を突破し、これに加えて、軍に従事する民間軍事会社の契約要員（米軍から民間委託分野として警備や輸送業務に従事し、治安作戦への参加も指摘されている。実態として傭兵に近い）が、これまでに少なくとも1,000人以上が死亡していると報じられている（そのなかには、軍事経験のある日本人の契約要員が1名いる）。2007年10月現在、イラクでは各種民間警備会社は、アメリカ正規軍を上回る計18万人が活動していた。その活動内容は政府が管理していないので、誰を殺しても誰に殺されてもさしたる問題にはされていない。民間警備会社の警備員による虐殺・暴行も報道されており、2007年9月16日にはブラックウォーターUSA社の警備員が乱射で民間人17名を射殺、「武装勢力に対し正当防衛を行った」と偽証をした事件が表面化し、イラク・アメリカで問題となった。また、英軍の死者170人、その他諸国軍の死者132人と合わせて、連合軍全体の死者数では4,000人以上（民間軍事会社の契約要員を除く）となる。また、アメリカでは、外的な負傷を負っていないものの即席爆発装置（IED）の影響で、外傷性脳損傷（高次脳機能障害）で苦しむ帰還兵が増加、社会問題となった。アメリカ政府は、2009年に外傷性脳損傷の診断基準を変更した結果、2001年から2009年10月まで（アフガニスタンでの戦闘も含め）約14万人が受傷したとのデータを集計している。
戦闘終結後の民間人犠牲者総数の推計にはばらつきが多く、正確な数字はわかっていない。アメリカ軍は戦闘で殺害した武装勢力や、アメリカ兵の過誤（誤認・誤爆・誤射）で死亡したイラク民間人の数を公表していない（「数えていない」という発言がアメリカ軍上層部から出ている）。なお、報道を基にこれらを集計しているサイト"Iraq Body Count"の2007年11月30日付のデータによると、直接の殺害数は約80,000-87,000人と集計されている。一刻も早い治安の回復が望まれている。Lancet Study による2004年10月の推計によると、兵士・民間人あわせて約98,000人という推計が出ている。ただし95%信頼区間が8,000人から194,000というもので大雑把な推計である。また、Lancetによれば死亡率増加の調査を基にした研究では、2006年6月時点でイラク戦争の死者は約655,000人になると推計された。ただし、あくまで死亡率増加からの推計であるため、直接の戦死とは直接結びつかない推計である。また、中国の国務院が発表する「2007年アメリカ人権記録」によると、2003年以来のイラク民間人死亡数は66万人以上であるとされている。2007年9月14日にイギリスの世論調査会社・オピニオンリサーチビジネスが行った調査では、死者が最大で120万人を上回る可能性があるという結果が報告されている。世界保健機関は2008年1月に推計で151,000人だとする調査結果を発表している。2013年10月にはアメリカとカナダの研究者により、査読された医学専門誌として最も権威があるとされるPLOS メディシンジャーナルにおいて、およそ500,000人の民間人が犠牲になったと発表されている。
リビアは、2003年12月に最高指導者カッザフィー大佐が大量破壊兵器の放棄を宣言し、2006年にはブッシュ政権はテロ支援国家指定を解除した。この行動はイラク戦争後に自国が標的にされる可能性があったためであると解釈する論説と、カッザーフィーがアフリカ連合へと活動の主軸を移した事による大量破壊兵器の必要性低下と偶然に時期が合致しただけだとの論説がある。アメリカは放棄の見返りに、大量破壊兵器を保有し反米テロを支援し（フセイン政権はどちらも実行していなかった）、またかつてはイラク以上に敵視し、カッザーフィー個人の暗殺まで企てたリビアをテロ支援国家リストから外し、経済制裁も解除した。一方、北朝鮮の金正日総書記は、開戦直前から約60日間テレビなどの前から一切姿を消した。これはアメリカの精密誘導兵器がどのようなものかを海外の衛星テレビを通じて分析をしていたものと見られる。中華人民共和国はイラク戦争開戦による衝撃から仲介に乗り出して六カ国協議が始まったと言われ、六カ国協議で核兵器の放棄が合意されて寧辺核施設の爆破や核開発計画申告などされたことからブッシュ政権はテロ支援国家指定を解除した（オバマ政権への交代後の2009年4月14日に北朝鮮側が核兵器開発の再開と六カ国協議からの離脱を表明した）。
名古屋高等裁判所は2008年4月17日、自衛隊イラク派兵が日本国憲法違反であることの確認などを求めた訴訟（自衛隊イラク派兵差止訴訟）において航空自衛隊のイラクにおける空輸活動について「自らも武力を行使した」と認識し憲法違反であるとする傍論を含む判決を出した。これは主文において原告敗訴を判決するものであったにもかかわらず原告側が実質勝訴として上告しなかったため、翌月5月3日に同判決は確定した。この裁判および「傍論」記述は議論を呼び、当時の航空幕僚長田母神俊雄による「純真な隊員には心を傷つけられた人もいるかもしれないが、私が心境を代弁すれば大多数はそんなの関係ねえという状況だ」の発言などが一種の舌禍事件として報道された。国会において田母神発言を含めた質問主意書が提出されたが、政府は、国側勝訴の判決と説明を加えた上で、日本国憲法第9条（第1項。戦争を放棄し国際紛争に武力を用いて関与しない）に違反するとの傍論の部分は「判決の結論を導くのに必要のない傍論にすぎず、政府としてこれに従う、従わないという問題は生じないと考え」ており、田母神の発言は「政府と同様のこのような認識に立った上で〔中略〕必ずしも正確な表現ではないが、自らの言葉でこのような発言をしたものと承知している。また、防衛行政については、シビリアン・コントロールの下、法令に基づき、適切に行われている。」と答弁している（自衛隊イラク派遣も参照）。防衛省が情報公開法に基づいて開示した「週間空輸実績」と称する内部資料によれば、派遣期間中の輸送人員は延べ28,000人であり、うち7割はアメリカ軍兵士であることが2009年10月6日に判明している。