当地时间16日，以色列总理内塔尼亚胡发表声明称，以色列空军已经掌握伊朗首都德黑兰的制空权，并对德黑兰市民发出“立即撤离”的紧急通告。当天下午5时，德黑兰南部传出剧烈爆炸声。

伊朗伊斯兰革命卫队总司令高级顾问瓦希迪同日表示，革命卫队已为与以色列的长期全面战争做好准备。他说，革命卫队尚未充分利用其导弹能力，将在合适时机把包括新一代导弹在内的现代化装备投入战场。

以色列国防军表示，以军将在接下来的几个小时内对相关区域的伊朗军事设施发动更猛烈的袭击。位于德黑兰的伊朗伊斯兰共和国广播电视台大楼遭到袭击，演播室内传出爆炸巨响并升起浓烟。以军还打击了伊朗伊斯兰革命卫队下属“圣城旅”位于德黑兰的10个指挥中心。自13日发动袭击以来，以军已摧毁超过120个伊朗导弹发射装置，约占其总数的三分之一。

16日，部署在中部伊斯法罕省的伊朗防空部队识别并摧毁了多架飞往纳坦兹核设施的敌方飞机，当地局势已恢复平稳。15日下午至16日凌晨，以色列袭击了德黑兰北部多个繁华地带，造成数场爆炸。以色列还袭击了伊朗外交部、司法部、警察总部等重要机构，并在15日的空袭中打死伊朗伊斯兰革命卫队情报机构负责人穆罕默德·卡齐米等4名高级情报官员。

大批德黑兰民众乘车前往郊区和北部地区避险，导致市区主要道路和出城干线严重拥堵。伊朗副外长哈提卜扎德表示，伊朗外交部一座建筑遭以色列袭击，造成多人受伤。外交部发言人巴加埃表示，以色列对伊朗的袭击违反了国际法，呼吁世界各国向以色列施压。他还指出，以色列对伊朗核设施的袭击是史无前例的，伊朗的回应符合国际法。

从当地时间15日深夜起，为回击以色列军事袭击，伊朗再度向以色列连续两轮大规模发射近百枚导弹，目标瞄准以色列中部和北部的军事、经济、工业核心区。以色列多地响起防空警报，当天的袭击已造成至少8人死亡、约300人受伤。北部城市海法、中部特拉维夫周边城市佩塔提克瓦、布内布拉克均有建筑被导弹击中，中部地区的供电网络也在袭击中受损。

据报告，伊朗对以色列的空袭已造成24人死亡、近600人受伤。空袭发生以来，伊朗向以色列发射了超过370枚弹道导弹，以色列有30处地点被击中。以色列国防部长卡茨回应称，德黑兰居民将很快为伊朗导弹袭击付出代价。此外，也门胡塞武装当天向以色列发射一枚导弹，这枚导弹在进入以色列领空前掉落。