Dengan persetujuan serta dukungan dari pemerintahan Yordania, Siria dan Lebanon, PLO melakukan penyerangan terhadap Israel. Sebagai balasan Israel menyerang kamp-kamp pengungsi Palestina. Siklus penyerangan yang saling balas membalas ini membuat ketegangan pada perbatasan utara Israel, dan perang udara antara Siria dan Israel terjadi pada bulan April tahun 1967. Pada saat pemimpin garis keras Siria mengumbarkan peristiwa ini, Nasser melangkah masuk pula, dan mengkonsentrasikan kekuatan tentara Mesir di semenanjung Sinai, serta berhasil meminta penarik munduran pasukan PBB di daerah penyangga (buffer zone) yang telah berada disana sejak tahun 1956. Perdana Menteri Israel Levi Eshkol dengan panik mengingatkan bahwa pemblokadean yang menyulitkan suatu kekuasaan akan dianggap sebagai tindakan agresi militer. Nasser, dibawah tekanan Siria dan Arab Saudi memprakarsai pemblokadean tersebut pada tanggal 22 May 1967. Yordania, Iraq, dan Siria menyebarkan pasukannya di sepanjang perbatasan Israel. Pada tanggal 5 Juni 1967 Israel melaksanakan serangannya terlebih dahulu terhadap lapangan udara di Sinai sehingga dapat melumpuhkan angkatan udara Mesir sebelum dapat lepas landas. Amerika yang sungguh berniat untuk mempermalukan Uni Soviet sebagai negara di belakang Mesir memaklumkan serangan tersebut setelah menerima jaminan bahwa dengan serangan tersebut akan membawa perdamaian pada akhirnya. Eshkol menyerukan kepada Raja Hussein untuk tidak turut terlibat dalam hal ini. Tetapi ketika kelihatan semakin jelas bahwa niat Yordania terus berlanjut, Israel melihat kesempatan untuk mengambil alih Jerusalem Timur.
Jerusalem Timur jatuh ke tangan Israel pada 7 Juni, dan pada tanggal 9 Juni semua bagian setuju untuk melakukan gencatan senjata. Singkatnya sesudah itu Israel mencaplok Jerusalem Timur ke dalam bagiannya, dengan penyesalan yang besar dari Amerika Serikat. Dari Mesir, Israel berhasil memperoleh semenanjung Sinai ( sepanjang jalan menuju Terusan Suez ) dan Jalur Gaza. Dari Siria, Israel memperoleh Dataran Tinggi Golan, dan dari Yordania berhasil memperoleh Tepi Barat. Nasser mengundurkan diri dari jabatannya walaupun banyak dari masyarakat bersimpati kepadanya untuk kembali memangku jabatannya. Terkejut dengan kekalahan lagi, akhirnya Palestina memutuskan bahwa perjuangan harus dilakukan oleh mereka sendiri. Tahun 1969 Yassir Arafat dari faksi FATAH mengambil alih kepemimpinan PLO dari pemimpin yang pro terhadap Nasser serta memperjuangkan kemerdekaan Palestina melalui propaganda dan perang gerilya.
Dengan Amerika Serikat dibelakang Israel dan Uni Soviet di belakang Nasser, maka setiap konflik kecil akan membangkitkan konfrontasi dari kedua negara super power tersebut. Resolusi Dewan Keamanan PBB no. 242 pada November 1967 yang diterima oleh semua bagian memutuskan penarik munduran pasukan Israel dari semua daerah yang berhasil diduduki dalam perang sebelumnya serta saling pengakuan kedaulatan, kesatuan teritori, dan kebebasan politik pada setiap negara di daerah tersebut.