Một chiếc F-117 đã bị bắn hạ trong chiến đấu bởi các lực lượng Serbia (Nam Tư) trong Chiến tranh Kosovo. Ngày 27 tháng 3 năm 1999, trong cuộc Chiến tranh Kosovo, Tiểu đoàn số 3 Lữ đoàn Tên lửa 250 dưới quyền chỉ huy của Đại tá Zoltán Dani, được trang bị tên lửa Isayev S-125 'Neva-M' (tên hiệu NATO SA-3 'Goa'), đã bắn hạ chiếc F-117A số hiệu 82-806 bằng một quả tên lửa Neva-M. Theo Wesley Clark và các vị tướng khác của NATO, các lực lượng phòng không Nam Tư đã thấy rằng họ có thể phát hiện những chiếc F-117 bằng các loại radar "cổ lỗ" Xô viết hoạt động ở tầm sóng dài. Điều này, cộng với việc máy bay mất khả năng tàng hình khi cửa phụt khí bị ướt hay mở khoang bom, khiến chúng bị phát hiện trên màn hình radar. Phi công lái máy bay sống sót và sau này được các lực lượng NATO cứu. Tuy nhiên, xác chiếc F-117 không bị phá hủy hoàn toàn, và có tin cho rằng người Serb đã mời chuyên gia Nga tới xem xét những mảnh vỡ, điều này chắc chắn khiến kỹ thuật tàng hình Hoa Kỳ bị tiết lộ.

Các tên lửa SAM được điều khiển bằng tay với sự hỗ trợ của thiết bị tầm nhiệt và thiết bị dò tìm radar gồm biến thể Pechora-M của SA-3 được cho là đã được đem ra sử dụng. Có lẽ radar đã được dùng để truy theo dấu vết F-117 trong một thời gian ngắn, sau đó hệ thống sẽ phóng một số tên lửa dẫn đường SA-3 vào tọa độ được dự tính trước là F-117 sẽ bay qua (căn cứ và tốc độ, hướng bay của mục tiêu). Theo thông báo nhiều tên lửa SA-3 đã được phóng, và một trong số chúng đã nổ ở khoảng cách đủ gần chiếc F-117A khiến phi công phải thoát ra. Theo một cuộc phỏng vấn, Zoltán Dani đã giữ an toàn được đa số các trận địa tên lửa của mình và có một số trạm thám trắc giúp phát hiện ra F-117 và các loại máy bay khác. Zoltán và binh lính của mình đã dự đoán các đường bay của những chiếc F-117A trước đó nhờ quan sát bằng kính viễn trắc ở một số thời điểm và nhờ các trạm chỉ điểm radar cũng như những mục tiêu bị ném bom, vì vậy Lữ đoàn của ông đã phát hiện được đường bay của chiếc F-117A #82-806. Đội tên lửa của ông và các trạm chỉ điểm radar sau đó đã xác định vị trí chiếc F-117A và phóng tên lửa. Zoltán cũng cho biết những chiếc radar của ông đã được cải tiến để có khả năng phát hiện F-117A tốt hơn, nhưng ông không nói rõ phần nào được cải tiến. Nhiều phần của chiếc máy bay bị bắn rơi đã được triển lãm tại Bảo tàng Hàng không Yugoslav ở Belgrade.

Một chiếc F-117A thứ hai đã bị hư hại nặng trong một phi vụ ném bom trong Chiến tranh Kosovo, và dù quay về được căn cứ, nó hư hại nặng tới mức không bao giờ còn cất cánh được nữa, coi như là bị tiêu diệt[12]. Đến năm 2020, Trung tá Không quân Mỹ Charlie Tuna Heinlein, một cựu phi công F-117, mới tiết lộ chiếc F-117A này đã bị bắn trúng vào ngày 30/4/1999[13][14], nó bị hỏng nặng nhưng vẫn quay về được căn cứ Spangdahlem[14] Chiếc F-117A này hỏng nặng tới mức không thể sửa lại được nữa, coi như là bị phá hủy, nhưng vì nó không rơi tại chỗ (không có xác máy bay làm bằng chứng) nên không quân Mỹ đã giấu kín thiệt hại này trong nhiều năm[15][16]

Theo tạp chí "Hàng không và vũ trụ" của Nga, tháng 12/2006, 1 chiếc máy bay F-117A bị bắn rơi bởi tên lửa Igla ngày 20/1/1991 tại Iraq. 3 giờ ngày 14/9/1997 máy bay F-117A lại bị rơi tại căn cứ quân sự Holloman do trục trặc kỹ thuật. Trong chiến tranh Kosovo, phía Nam Tư tuyên bố bắn rơi 2 chiếc F-117A, 1 do SA-3 bắn, 1 do MiG-29 hạ. Như vậy, có thể đã có tới 3 chiếc trên 59 chiếc F-117A bị rơi trong chiến đấu. Tuy nhiên, giới chức quân sự Mỹ chỉ thừa nhận tổn thất 1 chiếc, đó chính là chiếc F-117A bị tên lửa SA-3 bắn rơi ngày 27/3/1999 cách Bengrad 32 km, có xác máy bay làm bằng chứng rõ ràng. Đến năm 2020 thì phi công Mỹ mới tiết lộ có thêm 1 chiếc F-117A bị Nam Tư bắn hỏng nặng không thể sửa chữa vào ngày 30/4/1999.