Yasser Arafat
sempalannya, Front Demokratik untuk Pembebasan Palestina (DFLP) pimpinan Nayef Hawatmeh, menarik pasukan mereka dari sana. Walaupun disarankan untuk menarik mundur pasukannya ke perbukitan terdekat oleh seorang komandan divisi Yordania yang pro-Fatah, Arafat menolak, Arafat menyatakan, "kami ingin meyakinkan dunia bahwa ada satu kelompok di dunia Arab yang tidak akan mundur
atau melarikan diri." Aburish menulis bahwa pasukan Fatah bertahan di desa tersebut atas perintah Arafat, dan Angkatan Darat Yordania setuju untuk membantu mereka jika terjadi pertempuran hebat.
Pada malam 21 Maret, Israel menyerang Karameh dengan persenjataan berat, kendaraan berlapis baja, dan jet tempur. Pasukan Fatah bertahan di posisinya, sesuatu yang mengejutkan pasukan Israel. Setelah Israel mengintensifkan serangan, pasukan Yordania mulai memasuki arena tempur, mengakibatkan Israel untuk menarik pasukannya untuk menghindari konflik meluas. Setelah pertempuran berakhir, sekitar 150 milisi Fatah terbunuh, dan
sekitar jumlah itu pula yang ditawan. Sekitar 44 tentara Yordania dan 28 pasukan Israel juga terbunuh. Meskipun kematian lebih banyak diderita pihak Fatah dan Yordania dan fakta bahwa pertempuran tersebut berakhir setelah Israel menarik diri, Fatah menganggap mereka memenangi pertempuran tersebut karena penarikan diri Israel. Beberapa orang menduga bahwa Arafat sendiri yang memimpin pasukannya di medan pertempuran, namun
detail keterlibatannya sendiri tidak jelas. Namun, sekutu-sekutunya (dan juga Mossad) mengonfirmasi bahwa Arafat terus mendesak anak buahnya untuk tetap bertahan di posisi mereka dan terus melawan.
Pertempuran ini diliput secara mendetail oleh Time, dan wajah Arafat muncul di sampul edisi 13 Desember 1968, mengorbitkannya ke pentas dunia untuk pertama kali. Di tengah suasana pasca-perang, citra Arafat dan Fatah naik oleh titik balik penting ini, dan dia mulai dianggap sebagai seorang pahlawan nasional yang berani menghadapi Israel. Dengan dukungan massal dari dunia Arab, sumbangan
finansial melonjak naik, dan persenjataan dan perbekalan militer Fatah bertambah. Jumlah anggota organisasi ini mulai bertambah dengan bergabungnya banyak pemuda Arab, termasuk ribuan yang bukan berasal dari Palestina.
Ketika Dewan Nasional Palestina bertemu di Kairo pada 3 Februari 1969, Yahya Hammuda menyatakan pengunduran dirinya dari jabatan ketua PLO. Arafat terpilih menggantikannya pada keesokan harinya. Ia menjaid komandan tertinggi Angkatan Revolusioner Palestina dua tahun kemudian, dan menjadi kepala departemen politik PLO pada 1973.
Padan akhir 1960-an, ketegangan antara warga Palestina dan pemerintah Yordania mulai memuncak; kelompok-kelompok bersenjata Palestina telah membuat keadaan "negara dalam negara" di Yordania, dan menguasai beberapa posisi strategis. Setelah memproklamasikan kemenangan di Karameh, Fatah dan milisi Palestina lainnya mulai menguasai kehidupan publik di Yordania.
Mereka menghambat jalan-jalan, mempermalukan kepolisian Yordania secara terbuka, melecehkan kaum perempuan dan memungut pajak-pajak ilegal: semuanya dibiarkan atau diabaikan oleh Arafat. Raja Hussein menganggap aksi-aksi sepihak ini sebagai ancaman yang berkembang terhadap kedaulatan dan keamanan negaranya, dan berusaha untuk melucti persenjataan para milisi. Namun,
dalam upaya menghindar konfrontasi fisik dari pasukan-pasukan tersebut, Hussein mencopot beberapa anggota kabinetnya yang anti-PLO, termasuk beberapa anggota keluarganya sendiri, dan menawarkan jabatan Perdana Menteri Yordania kepada Arafat. Tawaran ini ditolaknya, atas alasan kepercayaannya bahwa harus ada sebuah negara Palestina yang dipimpin oleh orang Palestina sendiri.
Meskipun Raja Hussein berusaha menghalanginya, aksi milisi di Yordania berlanjut. Pada 15 September 1970, PFLP pimpinan George Habash membajak lima pesawat dan mendaratkan tiga di antaranya di Dawson's Field, terletak 30 miles (48 km) sebelah timur Amman. Setelah para penumpang dipaksa keluar dari pesawat, ketiga pesawat tersebut diledakkan. Peristiwa ini menjatuhkan citra Arafat di dunia Barat, termasuk Amerika Serikat
yang menganggapnya bertanggungjawab mengendalikan faksi Palestina di PLO. Arafat, dibayangi tekanan oleh negara-negara Arab, secara terbuka mengutuk pembajakan tersebut dan membekukan PFLP dari aksi-aksi gerilya selama beberapa pekan; tindakan yang sama dilakukannya setelah PFLP menyerang Bandar Udara Internasional Athena. Pemerintah Yordania bergerak untuk mengambil alih
wilayahnya, dan keesokan harinya, Raja Hussein mengumumkan keadaan darurat militer. Pada hari yang sama, Arafat menjadi panglima tertinggi PLA.
Sementara perang berkecamuk, negara-negara Arab lainnya berusaha untuk menegosiasikan perjanjian damai. Sebagai bagian dari usaha ini, Gamal Abdel Nasser memimpin sebuah KTT Liga Arab di Kairo pada 21 September. Pidato Arafat mengundang simpati dari pemimpin-pemimpin Arab yang hadir. Kepala negara lainnya mengambil sikap berseberangan dengan Hussein, termasuk di antaranya Muammar Gaddafi yang mencemoohnya dan
ayahnya yang menderita skizofrenia, Raja Talal. Gencatan senjata disepakati oleh kedua belah pihak, namun Nasser meninggal dunia karena serangan jantung beberapa jam setelah konferensi selesai, dan konflik dimulai lagi segera setelah itu.
Pada 25 September, tentara Yordania telah mengambil alih dominasi, dan dua hari kemudian Arafat dan Raja Hussein menyetujui gencatan senjata di Amman. Militer Yordania menyebabkan ribuan warga Palestina menjadi korban, termasuk warga sipil. Angka korban mencapai 3.500 orang. Setelah berbagai pelanggaran gencatan senjata dari kedua belah pihak, Arafat akhirnya menyerukan penggulingan Raja
Hussein. Yordania membalas dengan memerintahkan pengusiran seluruh pejuang Palestina dari wilayah utara negara itu pada Juni 1971. Pengusiran tersebut itu berhasil, dan Arafat beserta para tangan kanannya terpaksa menyingkir ke sudut-sudut utara Yordania. Mereka menyingkir ke kota Jerash, yang terletak dekat dengan perbatasan Suriah. Dengan bantuan Munib Masri, seorang anggota kabinet Yordania
pro-Palestina dan Fahd al-Khomeimi, duta besar Arab Saudi untuk Yordania, Arafat berhasil memasuki Suriah bersama sekitar dua ribu pejuangnya. Tetapi, karena hubungan buruk antara Arafat dan Presiden Hafez al-Assad (yang sebelumnya mengudeta Salah Jadid), para pejuang melintas batas sekali lagi, dan memasuki Lebanon, dimana mereka bergabung dengan pejuang PLO setempat dan mendirikan markas baru.
Karena pemerintahan pusat Lebanon yang lemah, PLO dapat menjalankan pemerintahan virtual di wilayah tersebut. Pada masa-masa ini, beberapa faksi PLO mengangkat senjata melawan Israel, melakukan serangan-serangan terhadap warga sipil dan juga menyasar militer, baik di dalam maupun luar Israel.
Dua peristiwa utama terjadi pada 1972. Organisasi cabang Fatah, Black September membajak sebuah penerbangan Sabena dalam perjalanan ke Wina, dan memaksanya mendarat di Bandar Udara Internasional Ben Gurion di Lod, Israel. PFLP dan Tentara Merah Jepang melakukan penembakan di bandar udara yang sama, membunuh dua puluh empat warga sipil. Israel kemudian mengklaim bahwa pembunuhan juru bicara PFLP Ghassan
Kanafani merupakan pembalasan atas keterlibatan PFLP dalam merancang serangan sebelumnya. Dua hari kemudian, berbagai faksi PLO membalas dengan meledakkan sebuah terminal bus, membunuh sebelas warga sipil.
"Tujuan dasar kami adalah untuk membebaskan wilayah dari Laut Mediterania hingga Sungai Yordan. Kami tidak peduli dengan apa yang terjadi pada Juni 1967 atau mengeliminasi konsekuensi perang pada bulan Juni. Apa yang menjadi kepedulian utama revolusi Palestina adalah mencabut akar-akar entitas Zioinis dari tanah kami dan membebaskannya."-Yasser Arafat, 1970