這一時期的無人作戰行動，主要體現在海灣戰爭、車臣戰爭、波黑戰爭和科索沃戰爭中。比如，海灣戰爭爆發後，美軍先後部署6個RQ-2“先鋒”無人機連，執行實時日夜偵察、監視、目標捕獲、戰損判定、戰場管理等任務；在科索沃戰爭中，美軍曾將激光指示系統安裝於無人機，通過照射對手軍事目標，指引轟炸機進行精確打擊。
高新技術大量應用於無人裝備之後，無人作戰行動規模開始急劇增加，與聯合作戰的聯繫日益緊密。一些軍事強國開始大力發展各型無人裝備並拓展其作戰功能，雖未形成直接攻擊目標的作戰能力，但為後續發展打下了堅實基礎。
功能拓展時期
21世紀的前10年為無人作戰功能拓展時期。無人裝備的數量種類、性能質量發展更趨完善。在空中，無人機進入直接攻擊時代，精確打擊和遂行多樣化軍事任務能力發生較大改觀；在地面，無人戰車、機器人集偵察監控、實時攻擊和支援保障於一體，成為複雜地形戰場態勢感知的關鍵武器裝備；水面、水下無人作戰運用頻次也越來越多，遠距離環境測量和複雜水域識別定位等新功能被開發利用。隨著無人技術信息化程度的日益加深，根據作戰需求和特點的不同，無人裝備已經成為主體作戰裝備的重要組成部分，既可獨立作戰，亦可協同作戰，且獨立承擔打擊任務的占比越來越多，為無人作戰向更高層次發展提供了支撐。
這一時期的無人作戰行動，主要體現在阿富汗戰爭、伊拉克戰爭和利比亞戰爭中。無人作戰行動主要包括“斬首”行動、目標定位、毀傷評估、物資運輸、掃雷排爆等。如阿富汗戰爭中，美軍使用MQ-1“捕食者”無人機擊殺基地組織重要頭目；伊拉克戰爭中，美聯軍使用了20多種型號的地面無人系統，執行排爆、掃雷、清障、施工等任務，運用多型無人潛航器對複雜水域進行探測、識別、定位和掃雷。
這一時期，無人作戰在聯合作戰中的地位愈發重要，並在很大程度上直接影響著戰場形勢乃至戰爭進程，與之相適應的無人作戰理論日益成為戰爭制勝的關鍵，反無人作戰也逐漸得到重視與發展。
智能自主時期
自21世紀的第二個10年起，無人作戰進入智能自主時期。無人裝備的信息化程度更高，向智能化發展趨勢愈發明顯，無人作戰行動在局部戰爭中作用更加突出，正在顛覆傳統的作戰模式。無人機智能化、小型化、模塊化特徵更加凸顯，集群攻防、跨域協同作戰不斷演進，達成了“平台無人、系統有人”“前線無人、後方有人”“行動無人、指控有人”的特點；陸上、水面、水下無人裝備亦是如此。與此同時，無人作戰理論不斷向前發展，出現了許多新型作戰概念，如“分布式”“母艦”“忠誠僚機”等；一些軍事強國著力組建無人作戰部隊，開展系統化訓練、演習；隨著無人技術的擴散，越來越多的國家和地區軍隊也相繼開展無人作戰的相關研究工作。
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