2003年5月，小布希宣布伊拉克主要戰事結束，美英聯軍以美軍139人陣亡、英軍30人陣亡為代價，乾淨利落地瓦解了伊拉克軍隊的正規抵抗，伊軍有高達9200人陣亡。美英聯軍的戰術優勢是如此之大，第3機械化步兵師推進的速度創造了紀錄，而伊軍車輛遍地的殘骸則告訴世人美英聯軍的作戰效率已經達到了一個新階段。
再度炮塔橫飛的伊軍坦克
然而，從2003年5月開始，伊拉克進入了新階段，游擊戰開始興起。游擊戰爆發的原因有很多，首先是過去薩達姆政權壓制著的部族、教派衝突開始擺上檯面，薩達姆政權倒台後形成了大量的權力真空，多個政治力量開始為填補政治真空而大打出手。薩達姆政權呢？對不起，薩達姆雖然當時還在逃，留下的大部分伊拉克阿拉伯復興社會黨成員以及官僚都表示願意與占領軍合作，但是美國依然宣布阿拉伯復興社會黨為非法組織，並很大程度上不再錄用這些原政權的官員們。這些人原有的社會網絡一夜間作廢，而伊拉克過渡委員會的人員多為海外流亡人士，他們對西方社會的熟悉程度早已遠遠高於伊拉克當地，而且在基層，許多政治力量完全不認識這些海外人士，這導致了伊拉克基層政治力量走向徹底失控。
更糟糕的是，伊拉克原來的政府軍人員並沒有被美國「招安」，這些擁有軍事技能但在美國占領時期鬱郁不得志的人一下子成為了游擊隊力量的主要組成部分。原來的共和國衛隊軍人，以及原來「薩達姆敢死隊」成員，成為了第一批專門針對美英占領軍的游擊隊骨幹力量。在巴格達、費盧傑和提克里特這三個城市形成的三角地帶以遜尼派居民為主，他們由於是薩達姆政權的支持者，因此對於占領軍並無好感可言。
遜尼三角地帶
美軍在2003年5月至6月就接觸了最早的伊拉克反美游擊隊，他們使用突擊步槍、RPG和小型的簡易炸彈對美軍巡邏隊和車隊展開襲擊。不過由於沒打過游擊戰，這些伏擊指揮得很糟糕，許多武裝人員在美軍的還擊中被當場打死。作為回應，美軍在2003年6月9日發動了「半島打擊」行動（Operation Peninsula Strike），出動2000人，抓捕了397名伊拉克人。在2003年整個夏天，美軍還發動了多次小規模行動，直接插入「遜尼派三角」。不過這些行動並沒有收穫成效，游擊隊依然層出不窮，戰術還升級了，這很大程度上歸功於美軍沒有嚴格區分對手，隨意開火和隨意逮捕造成的大量平民傷亡。更糟糕的是，8月19日針對聯合國的運河酒店襲擊案開始，伊拉克開始出現自殺式襲擊，標誌著極端主義開始滲透進入伊拉克。
到了2003年10月底，游擊隊開始變本加厲，發動了「齋月攻勢」（Ramadan Offensive），他們在約一個月的時間裡襲擊了伊拉克警察部隊、國際紅十字會以及其他美軍目標，平均每天50起，美軍在11月時有82人陣亡，337人受傷。作為回應，美軍在11月至12月發動了「鐵錘行動」（Operation Iron Hammer），行動中美軍在伊拉克戰後首次使用了空中支援，並且於12月12日在「紅色黎明」行動（Operation Red Dawn）中在提克里特抓住了逃亡的薩達姆·海珊本人。美軍開始樂觀地認為，抓住了薩達姆本人後，抵抗運動會就此消失。有些證據確實證明了這點，「鐵錘行動」後抵抗力量發動襲擊的次數降到了平均每天18起。
薩達姆本人被活捉
從2004年1月至3月，伊拉克局勢相對平靜，美國人的努力似乎確實在取得效果，唯一令人不安的是，扎卡維（ Abu Musab al-Zarqawi）領導的基地組織伊拉克分支增加了他們在伊拉克的襲擊次數，他們逐漸成為了伊拉克境內一支非常重要也十分極端的力量。不過後來證明，這只是反抗力量在進行調整。一方面，什葉派雖然獲得了多數地位，但處境依然沒有好轉，極高的失業率讓許多年輕人走投無路。此時伊拉克的什葉派領袖薩德爾（Moqtada al-Sadr）組織了一支反抗占領的「邁赫迪軍」（Mahdi Army），擁有3000-10000人左右。
邁赫迪軍在2004年4月4日的突然行動領美英聯軍和伊拉克部隊始料未及，他們快速占領納傑夫（Najaf）、庫法（Kufa）和庫特（al-Kut），並且占領了納西里耶、阿馬拉（Amarah）和巴斯拉的一部分。而在3月31日，4名美國軍事雇員在費盧傑被殺，屍體被遊街，而5名海軍陸戰隊隊員在費盧傑外被大型簡易炸彈炸死。美國海軍陸戰隊剛剛從美國陸軍那裡接管費盧傑的安全防務，美軍很快放棄了原來相對和平和低烈度行動計劃，轉而對費盧傑發動了第一次進攻行動。到4月30日，美軍僅僅控制了費盧傑南邊的少量地區。聯軍、伊拉克部隊與費盧傑的遜尼派武裝達成暫時性協議，遜尼派武裝以「費盧傑旅」的名義控制這座城市，美軍僅僅控制費盧傑南部與拉馬迪外圍的幾個據點，武裝巡邏也停止了。不過，雙方仍然交火不斷，武裝分子不斷利用簡易爆炸裝置給聯軍帶來傷亡。與此同時，扎卡維的極端武裝也在費盧傑附近活動。
美軍發動的第一次費盧傑戰役
2004年6月28日，伊拉克臨時政府組建起來，阿拉維（Iyad Allawi）擔任伊拉克政府總理，聯軍向伊拉克政府移交主權。本來人們希望伊拉克可以因為政府組建實現緩和，但是很顯然反抗武裝並不認可。2004年8月，美軍與南部的邁赫迪軍再度開戰，納傑夫戰役爆發。在激烈交火後美軍將邁赫迪軍從納傑夫裡面趕走，邁赫迪軍與聯軍和伊拉克臨時政府實現了暫時停火後轉移至薩德爾城。到了9月，邁赫迪軍仍然拒絕交出武器，戰火重開，不過已沒有納傑夫戰役那麼激烈。到了9月底，最終停火協議簽署，美軍與伊拉克臨時政府以不逮捕邁赫迪軍成員，邁赫迪軍可以不交出武器為交換條件最後控制了納傑夫，薩德爾則獲得了合法身份，多次希望能夠參加伊拉克總理選舉，雖然他並沒有改變反對占領的政治立場。美軍的累計陣亡人數在9月7日達到了1000人。
納傑夫戰役
在南部局勢穩定後，聯軍和伊拉克政府開始考慮收復被游擊隊控制的遜尼派三角地帶。從9月1日開始，聯軍和伊拉克軍警就對伊拉克北部和巴格達周邊發動進攻，外圍攻取了一系列城鎮。到了10月，遜尼三角地帶就只剩下最為頑固的費盧傑仍然在游擊隊手中。從11月8日開始，10500名美軍、850名英軍和2000名伊拉克軍警發動了進攻，費盧傑戰役爆發，這是美國在21世紀以來打的最大規模的城市戰。最終，聯軍以110人陣亡，613人受傷的代價奪回了費盧傑，估計有約1500-4000名武裝分子被打死。但是還沒有結束，許多武裝分子在費盧傑戰役爆發前成功地從費盧傑逃出，轉而前往巴比倫省北部的摩蘇爾，伊拉克相對平靜的北部也遭到武裝分子的進攻，最後在美軍的強力打擊下伊拉克軍警才守住陣腳。12月，一次襲擊炸死了在摩蘇爾的14名美軍士兵，受傷超過100人，這也是伊拉克戰爭以來美軍單次最大傷亡。2004年全年，有848名美軍士兵陣亡，9034名美軍受傷，伊拉克軍警、平民的死亡人數約在數千，美軍聲稱打死了15000名武裝分子，但是反抗武裝並未消失。
一輛美軍M1坦克抵近射擊掩護步兵
2名美國海軍陸戰隊士兵被費盧傑的反抗武裝狙擊手擊倒
在費盧傑外圍進行支援的美國海軍陸戰隊M198榴彈炮班
在2005年1月31日，伊拉克終於舉行首次大選，易卜拉欣·賈法里（Ibrahim Jaafari）當選伊拉克總理。什葉派和庫爾德人積極投票，而遜尼派的不少人則抵制投票，於是遜尼派在大選後進一步變為了少數派，在政府中缺乏影響力。不過大選結束後，很多事務名正言順地變成伊拉克的內政，美軍越來越少地沖在前面。由於2004年美軍一系列行動將成群的反抗武裝驅逐出主要城市，他們無法聚集起來占領城鎮，在2005年全年，伊拉克除了北部城市塔爾阿法爾（Tal Afar）外，沒有大規模的軍事行動。塔爾阿法爾戰役也是伊拉克政府軍承擔著主要軍事任務，聯軍只是進行了大量的支援行動。
在塔爾阿法爾行動的美國陸軍M1A2坦克
但是，反抗武裝化整為零，開始了持續不斷地襲擊和騷擾，對象也不僅僅是美軍，更多的是遜尼派針對什葉派和庫爾德人，以及扎卡維領導的基地組織針對伊拉克全境各類目標的自殺式恐怖襲擊。這比成群聚集的反抗武裝更讓美軍在戰術上束手無策。2006年2月22日，隨著遜尼派武裝人員化妝成伊拉克政府軍軍警對伊拉克什葉派聖地薩馬拉的阿斯卡里清真寺（al-Askari）發動襲擊後，伊拉克陷入了持續的內戰中。在2006年，美軍在伊拉克阿布格萊布監獄（Abu Ghraib）的虐囚事件曝光，這更讓美國人吃盡了苦頭。連綿不絕的游擊戰，讓世界上最強大的軍隊也感到痛苦不堪。
2005年美國海軍陸戰隊的AAV7車隊遭遇路邊炸彈襲擊
美國在伊拉克陷入了一系列失誤中，連續打了納吉夫、兩次費盧傑戰役等多次大規模戰役，成功地控制了城鎮，但卻陷入反抗武裝化整為零地持續襲擊中。反游擊戰與正規交戰不同，更多是個政治工程而非技術工程。美國可以持續殺傷反抗組織，取得十分驚人的交換比，但是只要游擊隊沒有與基層社會相分離，只要美軍在軍事行動中仍有大量暴行，美軍就不可能消滅游擊隊存在的土壤，最多只能實現壓制。這點上看，在2003年到2006年間，美軍的處理可以說非常的糟糕。
美軍爆破拆除一座地下軍火庫