הרקע למלחמה המתיחות בין ישראל ומדינות ערב גברה בהתמדה החל מאמצע שנות ה-60 כתוצאה מריבוי פעולות הסתננות והחבלה הפלסטיניות מתוך שטח סוריה, ירדן, רצועת-עזה וחצי האי סיני, שבוצעו בעידוד פעיל מצד מדינות ערב. נוספו לכך מתחים על רקע פרויקטים להטיית מקורות מים בישראל וסוריה והפגזות סוריות לעבר היישובים הישראליים בעמק החולה.

ב-6 באפריל 1967 היתה תקרית אווירית בין ישראל לסוריה שבמהלכה הופלו שישה מטוסי מיג סוריים. סוריה התלוננה בפני מצרים על שזו לא חשה לעזרת בעלת בריתה, בפרט נוכח חוזה ההגנה שביניהן מנובמבר 1966, ומצרים הודיעה כי לא תסבול עוד פעולה ישראלית נוספת נגד סוריה. הצבא המצרי הועמד בכוננות מלחמתית, וריכוזים עצומים של טנקים ויחידות חיל רגלים הוצבו בסיני בקרבת הגבול עם ישראל. בעלי בריתה הסובייטיים של מצרים עודדו אותה בהכנות אלה; הם גם הזהירו את מצרים בדבר ריכוזי צבא ישראליים, כביכול, והכנות נגד סוריה; ידיעות אלה הוכחשו על-ידי סגל המשקיפים של האו"ם. הצהרות שהשמיעו מנהיגים ישראלים באמצע חודש מאי פורשו על-ידי הרוסים והערבים כאיומים כלפי סוריה. ב-16במאי דרשה מצרים את פינויו המיידי של כוח החירום של או"ם מעמדותיו לאורך הגבול המצרי-הישראלי וממצרי טיראן. ב-18 במאי תבעה מצרים פינוי כוח או"ם מכל השטח שבשליטתה. מזכ"ל האו"ם, או- תאנט, נענה מיד לדרישה זו. ב-21 וב-22 במאי הטיל נשיא מצרים, גמל עבד-אל-נאצר הסגר על מפרץ עקבה, על-ידי סגירת מצרי טיראן לכל תנועת ספנות לאילת וממנה, וזאת לאחר שמאז 1957 היה פתוח לשייט ישראלי בפיקוח כוח החירום של או"ם. ישראל הצהירה פעמים חוזרות ונשנות, כי תראה בהסגר כזה "קזוס בלי" - עילה למלחמה.

ארצות-הברית ומדינות ימיות נוספות הכריזו כי מצרי טיראן הם נתיב מים בין-לאומי, שחייב להיות דרכו מעבר חופשי ובטוח לאוניות של כל המדינות המפליגות בתום לב. אולם במהרה התברר, שהמדינות הימיות לא מוכנות לנקוט צעדים מעשיים כדי להכריח את נאצר לשנות את החלטתו. מצרים הצהירה, כי תראה כל ניסיון לפרוץ את ההסגר כפעולת מלחמה. נאצר, תוך התגרות מכוונת בישראל, הזמין את ישראל לצאת למלחמה, בהצהירו שמצרים היא עתה חזקה דיה כדי שתוכל לנצח בה, והשמיע איומים בדבר השמדת ישראל. מנהיגי מדינות ערב אחרים השמיעו אף הם נאומים מלחמתיים. בעקבות חוזה ההגנה המצרי-הסורי מנובמבר 1966 נחתם חוזה דומה עם ירדן ב-30 במאי ועם עירק ב-4 ביוני. באותו זמן הוגברה אספקת הנשק הסובייטי למדינות ערב.

מהלך המלחמה בשעות הבוקר המוקדמות של ה-5 ביוני הלמה ישראל בחיל האוויר המצרי. מטוסי חיל האוויר תקפו את כל שדות התעופה הצבאיים במצרים ובסיני ולמעשה הוציאו את חיל האוויר המצרי מכלל פעולה, בהשמידם מאות מטוסים על הקרקע.

באותו בוקר, לאחר שכוחות ירדניים החלו בהפגזות ובהתקפות-אוויר מעבר לקו שביתת הנשק עם ישראל, הזהירה ישראל את המלך חוסיין שיישאר מחוץ למעגל הלוחמה. הוא לא שעה לאזהרה, והצבא הירדני תקף וכבש את מטה או"ם (ארמון הנציב העליון הבריטי לשעבר) מדרום לירושלים. חיל האוויר הישראלי נקט עתה פעולה גם נגד חיל האוויר הירדני. בד בבד, המשיכה סוריה להפגיז יישובים ישראליים, ובו ביום הותקפו שדות תעופה סוריים וחיל האוויר הסורי הושמד ברובו. ב-16 השעות הראשונות של המלחמה איבדו מדינות ערב למעלה מ-400 מטוסים, לעומת 19 מטוסים ישראליים שאבדו באוויר. באותו יום ראשון של קרבות השיגה ישראל עליונות אווירת מוחלטת, אך קיימה איפול ידיעות כמעט טוטלי. בו-זמנית החל צה"ל להתקדם לתוך חצי האי סיני, לעבר רפיח ואל-עריש בצפון, אבו-עגיילה וביר-גפגפה במרכז ואל-קוסיימה בדרום. קרב גדול התחולל בתוך וסביב הביצורים של אבו-עגיילה. כוח ישראלי משולב של צנחנים, שהוצנחו בעורף עמדות החלוץ המצריות, חיל-רגלים, חיל-הנדסה ושריון, בסיוע אווירי, כבש את אבו-עגיילה. בלילה שבין ה-5 וה-6 ביוני ניטש קרב מר במבואות עזה. השריון הישראלי דהר קדימה ללא הפוגה, כשהוא נתמך על-ידי חייל האוויר. ב-6 ביוני בערב הפכה הנסיגה המצרית לתבוסה. שארם אל-שיח', העמדה המצרית שממנה הופעל ההסגר על מצרי טיראן, נכבשה ב-6 ביוני מכיוון הים וצנחנים נחתו בהמקום בלי שנתקלו בהתנגדות כלשהי.

נוסף על ההתקפות על חיל האוויר הירדני החיש צה"ל תגבורות לירושלים, שהצליחו עוד ב-5 ביוני לכבוש בחזרה את מטה או"ם ולהתחבר עם העמדה המבודדת שעל הר-הצופים בצפון העיר, שהיה מאז 1949 מובלעת ישראלית מאחורי הקווים הירדניים. בשל כיבוד המקומות הקדושים ניתנו פקודות קפדניות לנסות ולמזער את ההרס בפיזי בעיר העתיקה. לאחר 36 שעות של קרבות עזים הצליחה ישראל לנתק את כל הדרכים המובילות לעיר העתיקה ולמזרח-ירושלים. ב-7 ביוני הסתיים כיבוש העיר העתיקה. קרבות כבדים התנהלו באזור ג'נין, בשומרון הצפוני ובתוך קלקיליה וסביבתה, שמשם הפגיזו תותחים ארוכי טווח את תל-אביב.

בסוף יום הקרבות השלישי השלימו הכוחות הישראליים את כיבושו של כל חצי האי סיני עד לתעלת סואץ ואת כיבוש מרבית הגדה המערבית. כאשר מועצת הביטחון של או"ם, לאחר ימים מספר של התמקחות, קראה להפסקת אש, היתה ישראל הראשונה שהסכימה לה. ב-8 ביוני הצטרפה לבנון רשמית למלחמה, אולם, חוץ משיגור מטוס אחד או שניים, לא השתתפה באופן פעיל בקרבות. סוריה המשיכה בהפגזות על היישובים הישראליים ואף עשתה ניסיון כושל לכבוש את קיבוץ דן. לאחר שסוריה סירבה להגיע להפסקת האש, ריכז צה"ל כוחות גדולים באזור והחל להסתער על העמדות הסוריות במעלה ההר בכיוון רמת-הגולן. במהלך 20 שעות של קרבות עזים הובקעה פרצה בקצה הצפוני של הקו הסורי, בקרבת קיבוץ דן, ורצועה רחבה של רמת-הגולן, כולל העיר קונייטרה, נכבשה על-ידי צה"ל בטרם נכנסה הפסקת האש לתוקפה גם בגבול הסורי, ביום שבת, 10 ביוני. במהלך המלחמה, שהסתיימה בניצחון ישראלי מוחץ, הושמדו למעלה מ-400 מטוסים ערביים - מהם 60 באוויר; יותר מ-500 טנקים ערבים נהרסו או נלקחו שלל. כ-70% מכלל הציוד הכבד של מצרים, סוריה וירדן, בשווי של למעלה ממיליארד דולר, הוצאו מכלל פעולה. למעלה מ-15,000 מצרים נהרגו ו-5,600 נלקחו בשבי. אבדות ירדן הסתכמו, לטענת המלך חוסיין, בכ-6,000 הרוגים (אומדנים אחרים נמוכים בהרבה). לסוריה היו כ-1,000 אבדות. יותר מ-700 ישראלים נפלו ו2,-500 נפצעו.

המלחמה הביאה לישראל שליטה על שטחים הגדולים פי שלושה משטחה לפני 1967, עם אוכלוסייה ערבית של כמיליון נפש (נוסף על 300,000 האזרחים הערבים של ישראל).