从5月10日至6月10日，是科索沃战争的第二阶段。此时，北约平均每天出动战机约600-700架，其中约200架用于直接军事攻击。在高峰时期，平均每天参与直接军事打击的北约战机达300架次。在第二阶段，北约除继续打击南防空体系、兵营、弹药库、指挥中心、机场等军事目标外，还对南境桥梁、发电厂、油库等经济目标发动了打击，并计划出动20万地面部队占领南全境。在此过程中，北约使用了大量高科技装备。如为破坏南电力供应，北约使用了CBU-94石墨炸弹。石墨炸弹可造成变电站和输电线路大面积短路而不破坏电厂；出动电子战飞机攻击南电脑系统，削弱其抵抗能力；使用杀伤力极大的子母弹重点猎杀南军人员与装备。这种子母弹内装200个子弹头，每枚子弹头爆炸后可以产生几百个碎片，其杀伤范围可覆盖一个足球场大小。此外，北约还在南境投掷了37000枚贫铀弹，使南领土上空弥漫着23吨贫铀-238颗粒。
在北约打击下，南损失惨重。由于北约无论在人力、财力、军力上都对南联盟享有不成比例的绝对优势，南孤立无援，继续抵抗只能招致北约更残酷的攻击，因而不得不向北约屈服。
6月9日，北约与南联盟代表签署《军事-技术协定》，规定塞族军队从科索沃全部撤出，国际维和部队进入科索沃并尽快安置难民重返家园。6月10日，北约宣布停止对南空袭击行动。历时78天的科索沃战争以南联盟失败告终。