美国要对阿富汗塔利班政权动武，本是蓄谋已久的事情。“9·11”恐怖袭击事件加快了布什政府对阿动武的步伐。但要真正付诸实施，还要进行一系列的准备工作。
“9·11”恐怖事件发生后，美国政府在加紧调查取证和处理善后事宜的同时，迅速做出了以军事手段反击恐怖袭击的决策，并根据作战对象、作战地形和社会情况等实际，建立了三级指挥体制，制定了全方位打击计划。
恐怖袭击后6小时，布什在内布拉斯加州的奥富特空军基地与远在白宫的副总统切尼、国家安全事务助理赖斯、国防部长拉姆斯菲尔德及国家安全委员会其他成员召开电视电话会议，定下了实施军事报复行动的决策。9月13日，布什要求国防部尽快制定军事打击行动计划，其中包括进行大规模轰炸、小规模秘密行动、地面进攻及主要依靠阿富汗反塔联盟等力量实施“代理人战”等。14日，布什宣布进入全国紧急状态。15日，布什又宣布美国进入战争状态，并命令美军做好军事打击的充分准备。
为了彻底铲除“基地”组织并推翻其庇护者—塔利班政权，美国政府成立了战时内阁，美军建立了战区联合指挥中心和前方指挥中心，形成了三级指挥机构。
战时内阁由总统布什、副总统切尼、国务卿鲍威尔、国防部长拉姆斯菲尔德、国家安全事务助理赖斯、司法部部长阿什克罗夫特、联邦调查局局长米勒、中央情报局局长特尼特及参谋长联席会议主席迈尔斯上将等组成。其主要使命是直接领导战争进程，监督制定作战计划，合理确定打击目标。
对阿富汗实施作战行动的战区联合指挥中心隶属美军中央司令部，设在美国佛罗里达州帕坦的麦克迪尔空军基地负责对阿富汗所有战役行动的作战指挥。主要人员包括中央司令部总司令弗兰克斯上将、中央司令部副总司令迪龙中将、中央司令部海军司令兼第5舰队司令莫尔中将、陆军第3军和中央司令部陆军司令米科拉谢克中将、中央司令部空军司令华德中将等。
此次“持久自由”行动中，弗兰克斯任行动总指挥，他与国防部长拉姆斯菲尔德、参谋长联席会议主席迈尔斯一起，组成了布什政府对阿富汗军事打击行动的指挥决策小组。
根据布什总统和战时内阁的要求，美国跨部门反恐怖指挥协调机构在短时间内制定了包括法律、经济、外交、军事手段在内的反恐怖长期战争综合计划。国防部在此基础上，研究制定了打击塔利班政权和“基地”组织的军事行动计划。该计划包括空中火力打击、特种作战、地面进攻等不同规模的多种行动方案。同时，还确立了以推翻塔利班政权、抓捕拉登为主的作战目的，以及以空中火力打击为主，突出特种作战，充分发挥反塔联盟的作用，慎重实施大规模地面战的战争指导思想。
在军事打击行动方面，美军计划首先打击拉登可能的藏身之处，并将一些重要目标列入重点打击范围。主要包括：阿富汗首都喀布尔的军用机场、政府办公楼以及喀布尔北部的塔利班兵营和要塞；拉登在阿富汗境内设立的训练营地，包括阿富汗东部城市贾拉拉巴德附近的2个训练营，以及沿阿巴边界5省库纳尔、楠格哈尔、卢格尔、帕克蒂亚和坎大哈设立的5个训练营；阿富汗东南部军事重镇坎大哈市及其附近的机场；拉登属下居住的数百栋建筑物，其中一处住宅区位于坎大哈，另一处位于阿富汗中部的洛加尔省；贾拉拉巴德市内和周围地区的机场及军事基地；库纳尔省的机场和军事基地；赫拉特市附近靠近阿富汗和伊朗边界的塔利班卫戍区和机场；阿富汗西南部信丹德的塔利班空军基地等。这些目标大多由先期潜入阿富汗境内的美军特种部队标定，高层指挥机构进行了反复权衡，既考虑到政治、外交影响，防止伤害无辜平民，又着眼军事目的，力求最大限度打击对方。
此外，为配合军事打击行动，美国政府还综合运用金融战、信息战、情报战和法律战等多种手段，开展了对国际恐怖组织的全方位打击。
作战计划拟定之后，美国及其盟国迅速从位于世界各地的基地调集部队，向阿富汗附近的中亚地区集结兵力。
至战争打响时，美国及其盟国的军队已对阿富汗形成四面合围之势。
东路，以部署在阿拉伯海的“企业”号、“卡尔·文森”号航空母舰战斗群和部署在印度洋的“小鹰”号航空母舰战斗群为主，拥有飞机近200架，可随时发动大规模攻击。南路，为给军事打击行动创造条件，美国争取到巴基斯坦的协助。巴方同意美军飞机进出其领空执行作战任务并提供了必要的援助。同时，巴基斯坦还关闭了与阿富汗接壤的边境。西路，美军在土耳其的因契利克空军基地共有F-15、F-16等各型飞机50多架，在科威特和沙特共有各型飞机140架，可随时从这些基地出发，直飞至阿富汗实施轰炸。同时，土耳其陆军也进入最高戒备状态，以便随时协助美军出击。北路，经与俄罗斯协商，美军可使用俄联邦位于塔吉克斯坦和乌兹别克斯坦的空军基地及军事设施，派遣空军和地面部队从北面向塔利班武装和“基地”组织发起攻击。
英军及其他国家参战力量与部署是：
英国空军在海湾地区共部署约30架飞机，主要包括“旋风”GR4/GR4A型战斗轰炸机、“旋风”F-3战斗机、“猎迷”MR2侦察机、VC-10型空中加油机、E-3D预警机、“鹞”式GR7战斗机等。此外，加拿大派出4个飞行小队，澳大利亚派遣4架F/A-18、2架P-3飞机参战。
英国皇家海军共有24艘舰艇，在“卓越”号航空母舰的带领下部署在海湾地区。其中，“卓越”号航空母舰编队10艘、两栖大队8艘、扫雷舰大队6艘。2001年9月20日，该舰队与增援的“海洋”号直升机航空母舰率领的舰队会合后，英军在海湾地区的舰艇达到近30艘。同时，英国皇家海军还派遣3艘“特拉法尔加”级核动力潜艇到达海湾地区。此外，战争开始前，加拿大向海湾地区派遣了5艘军舰，澳大利亚派出3艘军舰，北约向地中海派出了6艘军舰。
英军在海湾地区的地面部队，包括第1装甲师、第4装甲旅、皇家特别空勤团等。此外，在战争准备和战争过程中，加拿大、德国、澳大利亚、法国、土耳其、荷兰、意大利、西班牙、捷克、波兰、日本、韩国、约旦等国，也分别派遣少量的陆军特种部队、步兵、工兵、防化兵、海军支援舰艇及空军的预警飞机、作战飞机等协助美军作战。其中，加拿大、德国、澳大利亚、法国分别派遣了约1500人左右的部队抵达阿富汗及其周边地区，协助美军展开作战行动。他们是除英国外派兵最多的几个国家。
参加打击塔利班作战行动的反塔联盟作战力量主要有：以总统拉巴尼为首的“保卫祖国最高委员会”，由拉巴尼、马苏德领导的伊斯兰促进会，杜斯塔姆领导的伊斯兰民族运动和哈利利领导的伊斯兰统一党，以及一些小党派共同组成的反塔利班联盟。由于拉巴尼和马苏德的势力集中在阿富汗东北部，杜斯塔姆势力在西北部，哈利利势力在中北部，故从地理概念上也称之为“北方联盟”。
此外，还有阿富汗南部普什图族武装发动起义，在美军和反塔联盟配合下，成为夺取坎大哈的主要力量。
据有关资料统计，反塔联盟参战力量总人数约15000～20000人，其中包括3000名新召入伍的后备役武装人员，其部队的主要武器装备种类和数量如下：轻武器有AK-47自动步枪，机枪，火箭筒，枪榴弹，无后坐力炮；坦克和装甲部队共有60～70辆装甲车辆，包括T-62、T-54、T-55主战坦克，BMP步兵战斗车，BTR装甲运兵车以及BRDM-2侦察车；炮兵有107、122、130、220毫米多管火箭发射车，76、82、120毫米迫击炮，100、122、152毫米各型火炮；防空武器有ZSU-23-4、ZU-23-2自行高炮，“毒刺”地对空导弹；另有FROC-7地对地导弹，飞毛腿B型近程弹道导弹（最多25～30枚）；空军有运输直升机8架，运输机3～4架。
面对美军大兵压境的态势，塔利班武装和“基地”组织深知战争已不可避免。他们一方面通过阿富汗和其他阿拉伯国家的宣传媒介与美国展开外交战，争取国际社会同情，拖延美国军事打击行动的准备进程。另一方面，塔利班武装多次召开高层会议商讨对策，有针对性地调整了阿境内的军事力量部署，并展开全民动员，大量分发武器，修筑防御工事，加紧进行战争准备，以应对美军的军事打击。
2001年9月，英国《简氏防务周刊》公布了塔利班武装和基地组织的兵力和武器装备状况：塔利班的武装战斗人员45000～50000人；轻武器主要是AK-47自动步枪、机枪、火箭筒、枪榴弹、无后坐力炮；坦克和装甲部队共有650辆坦克和装甲车，包括T-62、T-54、T-55主战坦克，BMP步兵战斗车，BTR装甲运兵车以及BRDM-2侦察车；炮兵主要是122、152毫米等型火炮，107、122毫米多管火箭炮，76、82、120毫米迫击炮；防空兵主要是23毫米ZU-23-2自行高炮、100毫米高射炮，并拥有美制“毒刺”地对空导弹；空军有苏-22战斗机10架、米格-21战斗机5架、运输直升机10架以及运输机40架。
塔利班武装的武器装备以轻武器为主，重型武器装备由于长期缺乏零配件和保养条件，多数无法使用。据反塔联盟人员分析，塔利班武装能够正常使用的坦克不足30辆，米格-21、苏-22战斗机15架，飞毛腿导弹7～10枚，“毒刺”地对空导弹300枚（多数接近有效期限）。
“基地”组织在阿富汗境内拥有约55个据点和训练基地，下辖1.3万余人，其中包括阿拉伯人、巴基斯坦人、菲律宾人、车臣人，以及3500名巴基斯坦原教旨主义者。在卢格尔省的一个基地里，还有一部分数量不明的捷克人和保加利亚人，以及来自利比亚、突尼斯和埃及的教练员。主要军事力量是驻守在喀布尔南部地区的第55旅。该旅拥有5000余人，其中包括1500名阿拉伯和巴基斯坦的原教旨主义者，由拉登的副手阿提夫统率。
“基地”组织在阿境内的绝大部分军事设施位于喀布尔城内及周边地区、坎大哈南部、贾拉拉巴德东部以及阿富汗北部的马扎里沙里夫等地。此外，该组织在阿东部山区还建造了许多具备防空功能的洞穴，洞内设施齐全，藏有大量武器装备，可以抵御炸弹和导弹的攻击。
“基地”组织成员除了学习使用自动步枪、手枪、机关枪、火箭筒和爆破等普通作战技能外，重点学习如何进行暗杀、破坏、放毒和制造炸药等“四大技能”。他们配备有比塔利班武装力量更为先进的武器，战斗力也比塔利班武装强得多。
战前，塔利班武装和“基地”组织的主要力量集中部署在阿富汗中部、东部、南部及西部主要城市。其中，首都喀布尔及其周围地区集结了塔利班武装和“基地”组织的主要兵力，南部和西部兵力较少。
战争准备期间，奥马尔多次召开塔利班军事领导人会议，研究美国对阿富汗进行军事打击可能采取的方法，对塔利班部队进行了紧急部署和调整，向阿富汗北部重镇马扎里沙里夫和昆都士等城市增派了一部兵力及部分外国雇佣军，用于增援北部地区主要城市防守力量。同时，奥马尔和塔利班武装其他领导人全部离开原驻地和办公地点，转移到秘密藏身处。
以美军与英军为首的打击阿富汗塔利班政权和“基地”组织的反恐作战，从2001年10月7日的空袭行动开始，这次被称做“自由行动”计划的空袭行动，大体分为两个大的阶段。
第一阶段战略空袭（2001年10月7日至10月20日）
美国和英国部队于阿富汗当地时间10月7日20时57分，开始对阿富汗实施军事打击。美军15架轰炸机，其中B-1和B-52轰炸机从印度洋迪戈加西亚岛军事基地起飞，B-2轰炸机从美国密苏里怀特曼空军基地起飞，在25架战机（从部署在“卡尔·文森号”和“企业号”航空母舰上起飞的F/A-18和F-14战斗机）护航下，对阿富汗中部喀布尔的塔利班政府机构和机场、南部的塔利班大本营坎大哈指挥中心、东部的军事重镇贾拉拉巴德的军事基地以及西部信丹德的空军基地进行猛烈的空中打击，2艘美军“宙斯盾”级驱逐舰和2艘英军“特拉法尔加”级核潜艇共射出50多枚“战斧”巡航导弹。首轮空中打击共击中31个目标，阿富汗塔利班的空军司令曼苏尔在空中打击中丧生。
10月8日晚，美军再次对阿富汗实施空中打击。美军5架轰炸机，其中2架B-2轰炸机从美国密苏里怀特曼空军基地起飞，3架B-1轰炸机从迪戈加西亚岛起飞，在10架战斗机（从部署在“卡尔·文森号”和“企业号”航空母舰上起飞的F/A-18和F-14战斗机）护航下，对阿富汗中部喀布尔、南部坎大哈、北部马扎里沙里夫和昆都士进行空中打击。美军驱逐舰“约翰·保罗·琼斯号”和“麦克法号”和1艘洛杉矶级核潜艇参加了空袭，共发射了15枚“战斧”巡航导弹。喀布尔的国际机场和广播电视发射塔等被摧毁。美军第2轮空中打击结束后，已摧毁了85%的计划中目标。
10月9日凌晨4时和9日晚9时，美军先后对阿富汗实施第3轮和第4轮空中打击，打击规模和样式和第2轮打击相仿。在美军轮番空袭下，阿富汗6个重要城市—喀布尔、坎大哈、贾拉拉巴德、信丹德、马扎里沙里夫、昆都士等严重受损。塔利班的大约19架老式“米格”战斗机以及直升机全部被毁，坦克等装甲车辆也所剩无几，部队伤亡人数不断上升。
10月10日晚，美军的炸弹在夜幕的掩护下如期倾泻在阿富汗首都喀布尔城内和周边目标上，喀布尔机场是重点轰炸目标。此外，坎大哈、贾拉拉巴德和赫拉特也是此次重点突击的目标。美军在轰炸中使用了激光制导“GBU-28”钻地炸弹。
10月11日下午，美军实施首次日间对喀布尔轰炸，主要打击喀布尔东部的塔利班军事院校和炮兵营地，以及北面机场毗邻的军营。坎大哈当日也在日间遭到美军空袭。美军在轰炸中首次动用了杀伤力极强的集束炸弹。
10月13日，在经过短暂的停顿后，凌晨美军再次空袭喀布尔等地。
10月16日，美军对阿富汗展开了极其猛烈的空袭，引人注目的是，有两架特种部队的AC-130H歼击机参加了战斗，这标志着美军空袭已进入近距离打击的新阶段。
10月17日，美军B-52战略轰炸机对塔利班在喀布尔以北的前沿阵地进行首次轰炸。
10月18日，美军对阿富汗空袭中首次使用了RO-1“捕食者”无人侦察攻击机，向塔利班撤退的车队发射了“地狱火”地空导弹。这是世界上首次将无人机作为进攻武器用于实战。从此，美军明显加强了对塔利班守卫喀布尔部队的袭击。此后，美军对重要战略目标的轰炸接近尾声，但仍重点打击塔利班政权和拉登“基地”组织使用的地堡和山洞，把塔利班和基地组织人员从基地、地堡和山洞中赶出来，先“竭泽”而后利用特种部队进行追杀，即而后“渔”，这种打击时断时续。
至10月20日，美军已经基本摧毁了阿富汗地表战略价值目标。美军参谋长联席会议作战指挥官纽博德透露，从7日以来，美军共投下了2000多枚炸弹或导弹，基本实现了摧毁塔利班防空能力的目的。美国防部长拉姆斯菲尔德对战事的评估是：轰炸“小有成效”，军事行动“有点进展”，塔利班作为政府运作“已不完整”，但作为军队“仍有实力”。
美军战略空袭期间，塔利班和“基地”武装由于缺乏有效的防空武器，未能给美军空袭带来损失。10月20日后，喀布尔以南塔利班被迫撤离地表军事基地，进入地堡或山洞，或居民区，以有效地防止人员伤亡。但与此同时，塔利班北线部队却向反塔北方联盟发动进攻。
第二阶段战术支援（2001年10月21日至12月30日）
美国部队从2001年10月21日起，集中空中火力开始打击塔利班政权和拉登“基地”组织在阿富汗北部的前线部队，并支援反塔联盟向塔利班发起地面进攻。
10月21日晨，美军战机对阿富汗首都喀布尔和北部萨曼甘、巴尔赫等地的塔利班控制区进行猛烈轰炸，随后反塔联盟对美军轰炸过的地区发动进攻。美军的轰炸主要集中在萨曼甘省的达拉苏夫地区，该地区是反塔联盟通往塔利班北部要塞马扎里沙里夫的战略要道。一旦夺取该地，反塔联盟部队就可以长驱直入对马扎里沙里夫发起进攻。
10月22日，美军开始重点打击喀布尔和马扎里沙里夫附近的塔利班部队。
10月27日，美军战机对塔利班喀布尔以北的前线阵地进行了一整天的空袭，火力是轰炸21天来最猛烈的。塔利班北线部队的通信给养和部队增援受阻。
11月1日至9日，美军战机对喀布尔和马扎里沙里夫的塔利班驻军前沿阵地进行地毯式轰炸。空袭中，美军再次使用了集束炸弹和巨磅炸弹。11月9日，在美军空中支援下反塔联盟攻占了马扎里沙里夫。
11月13日攻占喀布尔。
11月18日至24日，美军战机对塔利班困守的孤城北部重镇昆都士塔利班驻军阵地进行猛烈轰炸。11月24日，反塔联盟攻占了昆都士。
11月25日，美军战机再次出动，协助反塔联盟平息塔利班外籍战俘在马扎里沙里夫附近一座城堡监狱制造的武装暴动。
11月25日至12月9日，美军空中支援线南移，重点打击坎大哈地区的塔利班阵地。
11月27日，美军导弹将坎大哈东南部塔利班指挥中心的两幢大楼夷为平地，塔利班军事通信几乎完全被切断。
12月5日至7日，美军战机对坎大哈塔利班实施猛烈轰炸，为反塔联盟扫清了道路，最终，12月9日奥马尔宣布放弃坎大哈。
12月18日至12月30日，美军战机对托拉博拉山区进行轰炸，支援反塔联盟部队进攻该地区基地组织的最后据点。
12月21日，美军对该地区使用特制“云母弹”，企图使拉登在洞内窒息死亡。此后，美军空中支援作战进入尾声。
美军空中战术支援期间，塔利班政权的防空系统已被摧毁，美军战机如入无人之境。塔利班武装的指挥控制和物资补给由于美军空中打击而变得十分混乱、困难。而对前沿阵地空中打击导致塔利班前线阵地无法坚守，为反塔联盟进攻创造了条件。虽然在11月初，拉登将其最精锐部队“第55旅”派往北部和中部前线，但是仍未能阻止塔利班部队的溃散。11月1日，一架“捕食者”无人侦察机在阿富汗上空执行任务时遭遇恶劣天气而失踪。这是美军“持久自由”行动开始以来失踪的首架无人机。此前，美国中央情报局派出的一架“捕食者”无人侦察机在阿富汗上空执行侦察任务时失踪。12月5日，美军一架B-52轰炸机在轰炸阿南部重镇坎大哈时，投下的炸弹偏离了目标，造成3名美军士兵死亡，20人受伤。
据美军公开的数字，这次空袭行动共消灭500～800名塔利班武装和“基地”组织残部。
在实施空袭的同时，美军还实施了多种形式的特种作战。
—美特种部队实施的蛙跳式打击。正当空中打击如火如荼之时，美国决定对阿富汗塔利班大本营坎大哈实施特种打击。10月19日深夜，多架武装直升机从停泊在印度洋阿拉伯海的美国“小鹰号”航空母舰上起飞，运载着大约200名特种兵直奔坎大哈。与此同时，在阿拉伯海的“罗斯福号”航空母舰的舰载机起飞，为特种部队发动地面进攻提供空中掩护。
20日凌晨1时，直升机在阿富汗南部的巴巴萨希布山降落。在AC-130H攻击机和武装直升机的支援下，这批特种部队向塔利班控制的坎大哈市附近一个机场和一些“特定目标”发起进攻，并与塔利班战士发生直接冲突，正面交火。这支部队完成任务后迅速登机全部撤离阿富汗。在这次军事行动中，美军士兵2名在阿富汗南部跳伞时受伤，2名在巴基斯坦境内的美军直升机坠毁中丧生，另外3名也在飞机失事中受伤。此次行动的失利，迫使美军改变了加速投入地面部队的设想，决心援助北方联盟，推动“代理人战争”。此后，美军特种部队任务由空中支援下的“突袭据点”改为待空中打击后实施“户外猎杀”，打击在空袭中逃出基地、地堡或山洞的人员。美军特种部队在猎杀中采取“打了就走”的“游击战方式”，不仅可以直接获取军事情报，更重要的是给塔利班以心理打击。虽然美军没有大规模地动用地面部队，但这种闪电式打击具有强大的威慑力，更使塔利班难以防备。
美军10月20日的打击刚结束，塔利班政权就调整军事政策。针对美军的武装进攻，阿富汗塔利班内阁10月21日就阿富汗所面临的形势召开紧急会议。会议决定加强力量反击美国特种部队的地面进攻，为武装部队配备包括火箭筒、重机枪、高射机枪等在内的各种轻、重型武器，并号召塔利班士兵对美国特种部队进行“有力还击”。
随着地面战斗的展开，美军伤亡有所增加。11月2日，在阿富汗南部实施侦察活动的特种部队一架直升机由于当地恶劣的天气情况，在阿富汗迫降，随后直升机上的人员为另一架直升机所救，4名美军人员受伤。美军被迫派出F-14战斗机将迫降直升机击毁。
—美军特种部队实施的定位式打击。受阿富汗特殊的地形影响，美军天空侦察效果受限。为提高打击精确度，美军向阿富汗派遣了特种部队充当空中打击的情报侦察员和定位引导员。美军特种部队在南部坎大哈突袭的同时，大约8个先遣“小组”乘坐直升机来到阿富汗北部反塔联盟杜斯塔姆将军的达拉苏夫地区。这些特种部队将侦察塔利班与反塔联盟作战的前线阵地，发现其具体所在位置，引导美空军进行轰炸。
10月29日，美军方开始在反塔联盟控制区建立一个可以容纳200～300名特种部队队员的特种部队前沿基地。该基地不仅可以利用武装直升机发动侦察和进攻，而且为美国海军的战斗机以及配备有轻型火炮和高速机枪的AC-130H攻击机提供地面引导。在美军特种部队的引导下，美军空中打击精度空前提高，基本避免了一度出现的“导弹炸石头”的非正常现象。美军特种部队跟随反塔联盟部队行动，很好地保存了自己，又充分引导了空中打击，取得了较好效果，美军特种部队的这种任务直到12月18日攻占托拉博拉地区后才告一段落。
—美中央情报局特工组进行的点穴式打击。战争开始前一周（9月27日），美国中央情报局“特殊活动处”特别行动组就潜入阿富汗，总共约有150名人员，实施秘密作战，在反恐非传统战争中扮演重要战斗角色。他们以6人为一组，拥有直升机和“捕食者”无人侦察攻击机。
11月14日，中情局的一架“捕食者”无人侦察攻击机发现了从喀布尔撤退途中的一支神秘的“基地”组织车队停留在一个小镇，立即将该情报上报给美军参联会并通报美空军，呼唤美空军对该股武装进行打击，“捕食者”无人侦察攻击机发射了两枚“地狱火”地空导弹。此次轰炸导致“基地”组织第三号人物阿提夫等高层人员被炸死。当然，由于该机由中情局单独控制，也曾造成11月6日美国空军发现奥马尔等人由喀布尔南撤时，苦于无权指挥使用“捕食者”无人侦察攻击机，只好眼睁睁看着奥马尔和拉登等人乘车逃离而无法实施攻击。但是，美军的无人攻击着实让塔利班和基地组织恐慌，总是感到有双眼睛盯着他们。因为无人侦察攻击机既可以侦察，也可以攻击，还可以呼唤空军战机实施攻击。
