1975年以后，伊拉克开始引进核反应堆设备和技术。根据以色列情报机构的分析，伊拉克可以在1981年底生产核武器。以色列对此深感不安：为了消除伊拉克对自己的核威慑，它必须被彻底摧毁。为了实施这一军事行动，以色列进行了仔细的计划和严格的训练。最高大本营制定了代号为“巴比伦行动”的计划
当时以军装备最先进的14架飞机，6架F-15架、8架F-16精心挑选了24名一流飞行员，由一名参加过1967年、1970年和1973年多次阿以战争的上校指挥，组成行动突击队。
为了增强飞行员的耐力，飞行员进行了长距离极限训练，在内格夫沙漠地区进行了艰难的密集编队训练和长时间的超低空飞行。为了实现命中目标，他们反复进行模拟轰炸，准确攻击与核反应堆比例一致的假目标，确保安全。
6月7日下午4点，偷袭飞机从埃齐翁机场起飞。编队后，沿着沙特阿拉伯和约旦边境的起伏地形进行波浪超低空飞行，使得地面雷达难以找到。5时30分，偷袭飞机发现了位于巴格达附近的核反应堆。目标三面有一个马蹄形土堤，周围有高射炮和地空导弹阵地。
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进入轰炸路线前，6架F-15跃升进行空中掩护，8架F
—16爬到610米左右，开始攻击目标。放置的精确制导炸弹穿透混凝土结构的圆形屋顶，其他飞机单机跟进，将炸弹投入爆炸缺口，准确命中目标。整个袭击只持续了两分钟。
伊拉克原子反应堆的圆形屋顶完全倒塌，中央建筑被夷为平地，工厂和工厂成为废墟，其他两座辅助建筑也受到严重破坏，核反应堆完全被破坏。在袭击过程中，目标周围的高射炮发射了大量炮弹，但一架飞机没有击中。防空导弹没有反应，巴格达附近的战斗机也没有起飞和拦截。以色列机组在完成偷袭任务后，直线返回并安全着陆。
经过精心策划和准备，空袭的保密措施极其严格。计划的知情人员仅限于突击编队和指挥官，绝对封锁了家属及其军官的消息。突击编队只提前一天知道具体行动时间。当以色列总理在内阁会议上宣布飞机刚刚起飞并飞往伊拉克轰炸原子反应堆时，内阁成员也感到震惊。
以色列把所有的突击飞机都涂上了迷彩和约旦空军的标志。当机组沿着约旦和沙特阿拉伯边境飞行时，沙特雷达发现并要求他们通知自己的身份。以色列飞行员用流利的阿拉伯语回答说：“这是约旦空军，例行训练。对方信以为真。当约旦雷达被发现时，雷达屏幕上显示的图像只是一个模糊的亮点，就像一架大型运输机。飞行员用国际通用美语回答“民航飞机”，再次蒙混过关。
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为了在整个航程中保密，飞机和当地指挥部保持无线电沉默。在攻击目标时，一些飞机俯冲投弹，使炸弹垂直穿过反应堆主建筑厚度数米的水泥顶层，一些水平投弹，使炸弹倾斜穿过薄主建筑的墙壁，一些靠近建筑物，破坏反应堆的地下部分。由于飞行员轰炸准确，使用强大的火箭来推动入侵炸弹，反应堆的主要建筑物和设备完全损坏。
一位在现场目睹以色列突击的法国专家表示：“轰炸的准确性令人震惊。”据估计，重建反应堆至少需要5年的时间。
1981年6月7日下午，以色列空军的14架战斗机编队飞离基地，首先沿着沙特阿拉伯-约旦边境的超低空飞行，利用两国雷达警戒范围内的间隙避开两国雷达。这14架战斗机在飞行过程中保持无线电无声，但在飞越几个预定区域时，组长向基地发出了一个暗语“黄沙丘”，表明一切顺利。
当编队机沿着沙特阿拉伯-约旦边境飞行时，沙特阿拉伯雷达发现，沙特阿拉伯命令编队报告其身份，并用非常流利的阿拉伯语回答：“约旦空军，例行训练。沙特人信以为真，因为所有的机器都涂上了约旦空军的标志。当约旦雷达站发现时，以色列飞行员用国际民航常用的英语回答：“民航飞机”再次蒙混过关，因为以色列机组以密集的队形飞行，在雷达屏幕上呈现出一个大的模糊亮点。
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当机组飞越沙特阿拉伯西北角时，美国驻沙特阿拉伯基地的一架E-3A空中预警机正在巡逻。由于其侦察的主要方向是海湾，远离以色列编队，以色列机组的飞行方向和偷袭行动未能找到。经过1000公里的长途旅行，突击组于下午18时30分左右飞往伊拉克即将完工的核工厂。
由于以色列飞机来得如此突然，以至于守卫的伊拉克军队不知所措。部署在核反应堆周围的10门高射炮和萨姆-6的空导弹根本没有反应，驻扎在附近机场的战斗机部队也没有准备起飞。以色列突击队从天而来，如无人居住。在F-15战斗机警戒的掩护下，8架F-16战斗机从西向东进入战区，既能让飞行员视线清晰，又能让伊拉克地面防空部队因阳光刺眼而无法瞄准拦截以色列飞机。
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随后，以军飞机从不同角度进行轰炸，一些俯冲弹，使炸弹垂直穿过核反应堆主建筑顶层几米厚的“安全桶”水泥盖；一些水平弹，让炸弹穿过薄主建筑的墙壁，另一些弹到核反应堆周围，破坏其地下部分。由于投弹准确，军火箭推动炸弹的力量巨大，反应堆的主要建筑和设备在短短2分钟内完全损坏。同时，它还摧毁了位于地下4米的核燃料“∞”后处理厂。
据当时在现场目睹轰炸的法国专家介绍，“反应堆的主要建筑物上几乎落下了一米，所有的主要建筑物都倒塌了，所有的水泥顶盖都被掀开了，反应堆完全被破坏了。”
这是以色列军方长期计划的“巴比伦”行动，取得了“完全成功”。彻底摧毁伊拉克的核能力，使伊拉克长期无法恢复核能力。以军14架飞机编队长途飞行，准确投弹命中目标，往返2000多公里，顺利安全返航。而伊拉克的战斗机根本没有起飞迎战，这场战斗旗开得胜，引起了全世界的关注。长期以来，它已成为世界各国军事教科书中的经典战例。
巴比伦行动的原因是什么？发生在什么背景下？