第二次中东战争结束后第11年，即1967年，爆发了著名的“六日战争”，也被称为第三次中东战争。
之前提到过以色列领土中有很多干旱的地区，因此以色列耗费巨资建设了输水工程来改善这些地区的生活环境。但是叙利亚计划在上游引走以色列输水工程35%的水源，这无疑对以色列的影响是巨大的。以色列视其为战争行为，于是两国在边境地区爆发了军事冲突。
1967年，在某个现在已经解体的超级大国的煽风点火之下，周边的阿拉伯国家误判以色列将发动大规模进攻，于是他们也在边境集结了大量军队，准备先下手为强。5月16日，埃及违反第二次中东战争的协议约定派军队进入西奈半岛，并通知原来驻扎此处旨在保障协议得到有效履行的联合国军事力量撤离。5月19日，联合国人员很配合地全部撤离。以色列发出警告，如果埃及封锁蒂朗海峡（以色列重要的出海口，争取在蒂朗海峡的通行自由，也是导致以色列发动第二次中东战争的直接原因）将被视为战争行为。然而以色列的警告并未奏效，2天后埃及便封锁了该海峡。
这一次以色列将要面对的是埃及、叙利亚、约旦和伊拉克四个国家的军队，无论是军队的数量还是关键性武器装备（飞机和坦克）的数量上均处于明显的劣势。从军政高层到普通民众，整个以色列都陷入了巨大的恐慌之中。以色列在外交上采取了积极地努力，寻求国际社会的支持，然而得到更多的是失望，非但没有得到有效的帮助，还被约束不得首先发动进攻，否则将被国际社会所孤立，还会遭到武器禁运。
顶着巨大的压力，以色列终于还是决定先发制人，在6月5日发动了对埃及军队的空袭。以色列只留下了12架战机守卫领空，派出了200架战机参与空袭。为了躲避雷达，战机飞得极低，且全程不得使用无线电进行通信或求救，无论发生什么事情。埃及军队此时正在吃早饭，对以色列的突然袭击他们毫无准备。虽然约旦的雷达发现了以色列的战机，但是埃及临时更换了频率代码，未能事先通知约旦，导致约旦没能将以色列的行动及时告知埃及。此次空袭，以色列摧毁了几百架埃及的战机，三分之一的埃及飞行员被炸死，许多空军基地和雷达设施遭到毁灭，埃及空军完全丧失了战斗能力，一举奠定了取得这场战争胜利的基础。击败了最强大的对手埃及之后，叙利亚、约旦和伊拉克的军队也没能在以色列的军队面前有多大的作为。以色列军队一直推进到距离叙利亚首都大马士革40英里的地方，叙利亚终于同意签订停火协议。6月10日，六日战争结束。
六日战争中，以色列非但没有像阿拉伯国家所预期的那样被消灭，反倒收复了独立战争中失去的耶路撒冷老城，还占领了包括加沙地带，西奈半岛，约旦河西岸和戈兰高地，共计4.2万平方公里，领土较战前扩大了3倍，俨然成为了另一个国家。这一战也牢牢树立了夜色列中东地区军事大国的形象。
