这一时期的无人作战行动，主要体现在海湾战争、车臣战争、波黑战争和科索沃战争中。比如，海湾战争爆发后，美军先后部署6个RQ-2“先锋”无人机连，执行实时日夜侦察、监视、目标捕获、战损判定、战场管理等任务；在科索沃战争中，美军曾将激光指示系统安装于无人机，通过照射对手军事目标，指引轰炸机进行精确打击。
高新技术大量应用于无人装备之后，无人作战行动规模开始急剧增加，与联合作战的联系日益紧密。一些军事强国开始大力发展各型无人装备并拓展其作战功能，虽未形成直接攻击目标的作战能力，但为后续发展打下了坚实基础。
功能拓展时期
21世纪的前10年为无人作战功能拓展时期。无人装备的数量种类、性能质量发展更趋完善。在空中，无人机进入直接攻击时代，精确打击和遂行多样化军事任务能力发生较大改观；在地面，无人战车、机器人集侦察监控、实时攻击和支援保障于一体，成为复杂地形战场态势感知的关键武器装备；水面、水下无人作战运用频次也越来越多，远距离环境测量和复杂水域识别定位等新功能被开发利用。随着无人技术信息化程度的日益加深，根据作战需求和特点的不同，无人装备已经成为主体作战装备的重要组成部分，既可独立作战，亦可协同作战，且独立承担打击任务的占比越来越多，为无人作战向更高层次发展提供了支撑。
这一时期的无人作战行动，主要体现在阿富汗战争、伊拉克战争和利比亚战争中。无人作战行动主要包括“斩首”行动、目标定位、毁伤评估、物资运输、扫雷排爆等。如阿富汗战争中，美军使用MQ-1“捕食者”无人机击杀基地组织重要头目；伊拉克战争中，美联军使用了20多种型号的地面无人系统，执行排爆、扫雷、清障、施工等任务，运用多型无人潜航器对复杂水域进行探测、识别、定位和扫雷。
这一时期，无人作战在联合作战中的地位愈发重要，并在很大程度上直接影响着战场形势乃至战争进程，与之相适应的无人作战理论日益成为战争制胜的关键，反无人作战也逐渐得到重视与发展。
智能自主时期
自21世纪的第二个10年起，无人作战进入智能自主时期。无人装备的信息化程度更高，向智能化发展趋势愈发明显，无人作战行动在局部战争中作用更加突出，正在颠覆传统的作战模式。无人机智能化、小型化、模块化特征更加凸显，集群攻防、跨域协同作战不断演进，达成了“平台无人、系统有人”“前线无人、后方有人”“行动无人、指控有人”的特点；陆上、水面、水下无人装备亦是如此。与此同时，无人作战理论不断向前发展，出现了许多新型作战概念，如“分布式”“母舰”“忠诚僚机”等；一些军事强国着力组建无人作战部队，开展系统化训练、演习；随着无人技术的扩散，越来越多的国家和地区军队也相继开展无人作战的相关研究工作。
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