במקביל לדיונים האמריקניים המשיכו גורמי הביטחון בישראל - צה"ל והמוסד - לעבוד על תוכניות פעולה לתקיפת הכור.
במהלך חודש יוני 2007 נשלח כוח קומנדו ישראלי לשטח סוריה. החיילים הונחתו במרחק של כקילומטר וחצי מן הכור ומשימתם הייתה איסוף דגימות קרקע והשגת תצלומים עדכניים של הכור ושל סביבתו.
בין האפשרויות לפעולה שנבחנו בישראל הייתה פעולת קומנדו קרקעית, מתקפה אווירית נרחבת שזכתה לכינוי 'שקדי השמן' על שם מפקד חיל האוויר דאז אליעזר שקדי, ומתקפה אווירית בפרופיל נמוך יותר שזכתה בהתאמה לכינוי 'שקדי הרזה'.
גם צה"ל, גם המוסד וגם משרד החוץ תמכו באפשרות של המתקפה האווירית בעלת הפרופיל הנמוך. זאת בשל ההערכה כי נשיא סוריה יבקש לשמור בסוד את העובדה שהפציצו כור גרעיני שבנה בהיחבא. הערכה שלימים התגלתה כמדויקת.
בזמן שחלף מאז חשיפת המידע הראשוני על הכור ועד לקיץ של שנת 2007 בוצעה גם תחלופה בראש משרד הביטחון. את מקומו של
עמיר פרץ תפס ראש הממשלה והרמטכ"ל לשעבר
אהוד ברק.
לקראת ספטמבר 2007 התכנס הקבינט המדיני-ביטחוני שש פעמים על-מנת לדון באפשרות התקיפה בסוריה. בדיון האחרון שהתקיים ב-5 בספטמבר, כמה שעות לפני התקיפה, הוסמכו ראש הממשלה אולמרט, שר הביטחון ברק ושרת החוץ דאז
ציפי לבני, להחליט מתי ואיך תתבצע התקיפה.
הניו-יורקר דיווח כי השלושה פרשו לחדר צדדי יחד עם הרמטכ"ל דאז,
גבי אשכנזי. אשכנזי המליץ לבצע את המתקפה עוד באותו לילה ודעתו התקבלה.