敵方發射彈道導彈，交戰過程開始；
首先利用預警衛星及時探測敵方彈道導彈的發射，並向整個國家導彈防禦係統發出彈道導彈攻擊的警報；引導預警雷達搜索和探測來襲的導彈，並開始在作戰管理中心製定交戰方案；
當來襲導彈進入到地基預警雷達的探測距離內的時候，地基預警雷達首先要確認預警衛星的預警，然後更精確地跟蹤來襲導彈，為作戰管理與指揮、控製、通信係統提供精確的跟蹤信息；
依據地基預警雷達確認的信息，作戰管理與指揮控製中心引導X波段地基雷達探測、跟蹤和識別來襲導彈的彈頭，準確確定來襲導彈的飛行彈道。
依據地基雷達的精確跟蹤數據，作戰管理與指揮控製係統製定出作戰計劃，指定實施攔截作戰的地基攔截彈，為其裝訂目標數據，並在適當的時候下達發射命令。
地基攔截彈發射後，X波段地基雷達繼續跟蹤來襲導彈，同時也跟蹤已經發射的地基攔截彈，並通過作戰管理係統的“飛行中的攔截彈通信係統”（IFICS），向攔截彈提供高分辨率的目標跟蹤信息。攔截彈利用這些數據進行機動，以便足夠地接近目標。
地基攔截彈到達預定的交戰空域後，大氣層外攔截器與助推火箭分離，其上的導引頭探測器開始捕獲、跟蹤和識別要攔截的來襲導彈彈頭，製導計算機根據導引頭獲得的目標數據，指揮軌控與姿控推進係統工作，使EKV精確地飛向要攔截的目標，最後通過直接碰撞摧毀目標。為了提高攔截的成功概率，對每一個來襲的導彈彈頭要同時發射2枚攔截彈進行攔截。
在整個交戰過程中，地基雷達始終監視攔截作戰的全過程，並在攔截結束後進行目標殺傷評估，確定攔截是否成功，如果未能攔截到目標並有足夠的時間的話，還需要再發射2枚地基攔截彈，實施第二次攔截。
發展途徑
美國正在研製的“國家導彈防禦係統”，是迄今最為複雜而又龐大的武器係統。這樣的係統不可能一步到位，而需要分階段的研製、試驗和部署，逐步改進和完善。因此，美國國防部設想，NMD係統將采取漸進式的發展途徑，分三階段研製和部署：
第一階段的係統，稱作“能力-1”（C-1）係統，用於防禦“少量、簡單”的彈頭，即同時來襲的導彈僅有4～5枚，而且沒有突防手段或隻有簡單的突防手段。為了確保有95%的把握攔截並摧毀來襲的95%的導彈，1枚來襲導彈要用4枚地基攔截彈進行攔截。因此，該階段的係統要有20枚地基攔截彈，設想在2005年部署在阿拉斯加的基地內。
第二階段的係統，稱作“能力-2”（C-2）係統，可防禦“少量、複雜”的彈頭，即同時來襲的導彈數量為20～25枚，並且伴有比較複雜的突防手段。該階段的係統仍將部署在阿拉斯加，是第一階段係統的發展和擴大，把所部署的地基攔截彈數量增加到100枚。美國國防部最近提出，在2007年就要完成部署100枚地基攔截彈的任務。
第三階段的係統，稱為“能力-3”（C-3）係統，要求能夠防禦“大量、複雜”的彈頭，即同時來襲的導彈數量可能多達60枚以上，並且伴有更為複雜的突防手段。這一階段除了繼續改進和擴大第一、二階段部署的係統之外，還將在美國北達科他州的大福克斯部署第二個基地。
綜上所述，可以看出，三個階段的係統在結構上的主要差別是：第一，攔截彈的數量不同（從20枚增加到100枚，最後增加到250枚）；第二，部署基地的數量不同（從1個基地增加到2個基地）；第三，在每個階段係統所用的探測係統數量和類型也不同，包括增加X波段雷達的部署數量，以及增加“天基紅外係統”（SBIRS）的高軌衛星和低軌衛星。
美國政府一再表白，美國的目標是實現第三階段的“國家導彈防禦係統”，這樣的係統不會對俄羅斯規模龐大的戰略核力量構成威脅。但是，美國無疑已經考慮了進一步擴大NMD係統規模的各種方案。例如，第三階段係統的設計可以進一步改進和提高，在更多的地點、部署更多的地基攔截彈；美國國防部已經研究了用海軍全戰區防禦係統作為補充NMD係統的一種方案，條件成熟的時候，美國可以增加部署具有防禦遠程彈道導彈能力的海軍全戰區防禦係統；美國彈道導彈防禦局還一直在積極研究天基激光技術，未來的NMD係統也有可能增加這種天基的助推段防禦武器。