De första attackerna skedde natten mot tisdag och dödade 13 personer. Tre av dessa var ledare inom den väpnade gruppen Islamiska jihad, men bland övriga dödsoffer fanns även fyra barn samt fruar och andra familjemedlemmar till de dödade islamisterna, enligt den palestinska hälsomyndigheten.
På eftermiddagen dödades ytterligare två män, som enligt den israeliska militären var medlemmar av samma grupp och uppges ha varit i färd med att planera raketattacker mot Israel.
"Bråka inte med oss"
Senare passade premiärminister Benjamin Netanyahu på att skicka en varning till Islamiska jihad.
– Den som sårar oss kommer att såras kraftfullt av oss, på den plats och vid den tidpunkt som vi har bestämt oss för, sade han inför ett regeringssammanträde och tillade:
– Vi befinner oss mitt i ett slag och är förberedda på vad som helst. Mitt förslag till våra fiender är: Bråka inte med oss.
Sent under tisdagskvällen manade Vita huset till nedtrappning.
"Vi manar alla parter till att trappa ned situationen", sade en talesperson för USA:s nationella säkerhetsråd men underströk också att Israels rätt att försvara sig är "oantastlig".
"Israel har rätt att skydda sig och sitt försvara sitt folk mot urskillningslösa raketattacker från terrorgrupper."
Stor israelisk insats
I ett uttalande uppgav en talesperson för den israeliska armén att man är medvetna om andra offer än de tre Islamiska jihad-ledarna, som Israel anklagar för att ha legat bakom nyliga raketattacker mot Israel. Fler än 40 israeliska stridsflygplan och drönare uppges ha deltagit i tisdagsmorgonens luftangrepp, som enligt Israel riktades mot militära anläggningar längs den tätbefolkade kustremsan.
Islamiska jihad, som är terrorstämplad av bland andra Israel, EU och USA, har bekräftat de tre ledarnas död och utlovat hämndattacker. Organisationen grundades 1981 med målet att skapa en palestinsk stat på ockuperade Västbanken, Gaza och andra områden som nu formellt tillhör Israel.
Sammandrabbningar på Västbanken
Timmarna efter de första flyganfallen kom rapporter om sammandrabbningar mellan israeliska styrkor och palestinska grupperingar i Nablus på Västbanken.
Israel uppmanar medborgare i södra delarna av landet att hålla sig nära skyddsrum. Skolor håller stängt både under tisdagen och på onsdag, enligt israeliska medier.
Israel har beskrivit Islamiska jihad som "ett iranskt ombud som vill förgöra staten Israel". Enligt uppgift bistår Iran organisationen ekonomiskt och materiellt.
Grannlandet Jordaniens utrikesdepartement fördömer tisdagens israeliska attacker och uppmanar det internationella samfundet att skydda det palestinska folket. Även Egypten fördömer Israels attack mot Gaza.