Die libysche Hafenstadt Tobruk, die 1911 von den italienischen Kolonialherren zu einer Festung ausgebaut wurde, war aufgrund des einzigen hiesigen Tiefwasserhafens während des Afrikafeldzuges im Zweiten Weltkrieg von hoher strategischer Bedeutung. Im Januar 1941 wurde die von italienischen Soldaten verteidigte Stadt von britischen Einheiten erobert, als Festung weiter ausgebaut und zunächst von australischen Einheiten gesichert.
Im April scheiterten erste deutsche Versuche, die Stadt einzunehmen an den hervorragend ausgebauten Abwehrstellungen. Unter Generalleutnant Friedrich Paulus wurde die Stadt Ende April erneut per Artillerie und Luftwaffe angegriffen; wiederum konnte die Stadt aber nicht erobert werden. Zusätzlich kam es zu Gefechten am umliegenden Halfaya-Paß und an den Forts an der ägyptisch-libyschen Grenze, um die es bis zum November heftige Kämpfe gab, die aber zumeist ohne große Landgewinne blieben. Besonderer Bedeutung während des monatelangen Stellungskrieges kam jetzt vor allem der Verbesserung der Versorgungslage zu, die die Briten eindeutig besser bewältigten. Letztlich war es den Briten zusammen mit ihren australischen, indischen und neuseeländischen Verbündeten möglich, den etwa 400 Panzern der Deutschen und Italienern ihrerseits über 730 entgegenzustellen.
Mitte November begann die 8. britische Armee unter Andrew Cunningham aufgrund dieser Überlegenheit daher mit Panzereinheiten die gegnerischen Stellungen zu attackieren (Offensive „Crusader“). Aufgrund der fehlenden Aufklärung wurden die Vorbereitungen zu dieser Gegenoffensive von den Deutschen nicht registriert. Die deutsch-italienische „Panzergruppe Afrika“ unter Erwin Rommel erlitt dabei einen Verlust von etwa 340 Panzern, was dazu führte, die Front nicht weiter verteidigen zu können. Zwar konnte der erste Vorstoß der „Crusader“-Offensive gestoppt werden, doch die britische Luftüberlegenheit (ca. 1.000 britische Flugzeuge standen ungefähr 300 deutschen und italienischen gegenüber) tat ihr Übriges, um die Belagerung Tobruks (insgesamt sollen etwa 35.000 Soldaten die Festung besetzt haben) am 7. Dezember aufzugeben. Bis zum Januar 1942 verloren die Briten und ihre Verbündeten bei den Gefechten ca. 18.000 Mann, die Deutschen und Italiener etwa 33.000.
Die Briten waren anschließend durch die große Entfernung zu ihren Nachschublagern in Ägypten so sehr von der Versorgung abgeschnitten, dass die Achsenmächte, die dieses Problem durch den vorangegangenen Rückzug und die Verlegung der Luftwaffe und Marine nach Nordafrika nicht hatten, Ende Januar 1942 ihrerseits eine überraschende Gegenoffensive starteten, deren Hauptstoßrichtung El Alamein und die Cyrenaika war. Besonders die Angriffe der gefürchteten deutschen Sturzkampfbomber ebneten dabei den Vorstoß zurück nach Tobruk, der jedoch am 7. Februar vor der Stadt zum Erliegen gebracht werden konnte.
Bis Mitte Mai kam es in einer recht „ereignisarmen“ Zeit, die hauptsächlich der Nachschubversorgung und Erholung diente, zu vereinzelten Kämpfen um den Südostrand der Cyrenaika. Rommel war von der Notwendigkeit eines schnellen Vormarsches überzeugt, da er eine sich wiederkehrende schlechte Versorgungslage fürchtete. So begann am Ende des Monats das Unternehmen „Theseus“, das gleichbedeutend mit einer neuen Offensive der Achsenmächte auf Tobruk, bzw. auf die davor liegende Stellung El-Gazala war. Nach anfänglichen deutschen Erfolgen gelang es den britischen Verteidigern, die Achsenmächte vorerst in die Flucht zu schlagen, worauf Rommel die größtenteils von Franzosen besetzte Festung Bir Hacheim angreifen ließ, die man nach tagelangem Luftbombardement schließlich einnehmen konnte. Die Überwindung dieser Festung war ein enorm wichtiges Unterfangen, um Tobruk mit einer weiteren Offensive angreifen zu können.
Die nach den schweren Kämpfen nur noch unzureichend gesicherte Festung Tobruk wurde von Rommels Truppen zunächst nicht direkt angegriffen, um die Gegner nicht vorzuwarnen. Nachdem man einige Täuschungsangriffe gestartet und währenddessen die Minenfelder vor der Festung geräumt hatte, ging man direkt in die Offensive. Nach zweiwöchigen Kämpfen um die umliegenden Stellungen wurde die britische 8. Armee von den Deutschen geschlagen und in einer Kesselschlacht in zwei Teile gesprengt. Der eine Teil der Armee floh Richtung Ägypten, während der andere Teil sich in die Festungsanlage Tobruks zurückzog und weiterhin Widerstand leistete. Zwei Tage lang dauerte der Kampf um die Stadt, bis man sich gegen die deutsche Übermacht nicht mehr halten konnte und kapitulieren musste.
Rund 33.000 britische Soldaten gerieten dabei in deutsche Gefangenschaft. Auch konnten Verpflegung, Treibstoff und Fahrzeuge in großen Mengen erbeutet werden. Entscheidend für den von der heimischen Presse stark bejubelten Sieg (Rommel wurde zudem einen Tag später zum Generalfeldmarschall ernannt) waren wiederum die ununterbrochenen Angriffe der deutschen Sturzkampfbomber, die die Festung „sturmreif“ schossen.
Der restliche Teil der gespaltenen 8. Armee wurde von den italienisch-deutschen Truppen verfolgt, wobei die ägyptische Grenze am 24. Juni erreicht wurde und es in Westägypten zu mehreren vereinzelten Gefechten kam. Der Vormarsch in Ägypten war von Bedeutung, weil es den Deutschen damit möglich gewesen wäre, zum Suez-Kanal und dem wichtigen Militärhafen Alexandria vorzustoßen, um die britische Nachschubbasis und den Handel mit den Kolonien empfindlich zu stören. Zugunsten des Vordringens in Ägypten wurde sogar die von Rommel vorgeschlagene und bereits vorbereitete Einnahme Maltas verschoben, um sich voll und ganz der Ägypten-Mission widmen zu können.
Rommels Truppen konnten am 29. Juni die ägyptische Festung Marsa Matruh erobern und befanden sich trotz erschwerter Bedingungen weiter auf dem Vormarsch. Sein Panzerverband befand sich bei diesem Vorrücken am 30. Juni auf die britische Stellung El Alamein, die die letzte Stellung vor dem etwa 100 km entfernten Alexandria war, jedoch deutlich in der Unterzahl. Zwar legten sie recht schnell die lange Strecke bis dorthin zurück, doch den etwa 60 deutschen Panzern stand ungefähr die zweieinhalbfache Übermacht der Alliierten (die inzwischen von Feldmarschall Montgomery befehligt wurden) entgegen. Diese hatten die Zwischenzeit genutzt, um neue Kräfte heranzuführen, und standen dem Gegner relativ ausgeruht entgegen. Obwohl man dieses Manko auf deutscher Seite aufgrund der wendigeren Panzer und der schweren Artillerie beinahe ausgleichen konnte, kam der Angriff auf El Alamein zum Stillstand, weil man über deutlich weniger Soldaten verfügen konnte und so der alliierten Überlegenheit nicht viel entgegenzusetzen hatte. Weil zur gleichen Zeit eine Überschätzung der Nachschubversorgung über Tobruk an die Front deutlich wurde (teilweise erreichte nur 10 % des Nachschubes die Front, während die Briten auf das nur 100 km entfernte Alexandria zurückgreifen konnten), musste der Vormarsch ab Anfang Juli gestoppt und die Offensive eingestellt werden. Von diesem Zeitpunkt an wandelte sich der Bewegungskrieg vor der Festung zu einem Stellungskrieg. Bis Ende August belagerten sich die gegnerischen Armeen unter extremen klimatischen Bedingungen, die vor allem für die Deutschen durch die nächtlichen überraschenden Luftangriffe der britischen Air Force noch verschärft wurden.
Am 30. August 1942 befahl der inzwischen mit dem Rücken zur Wand stehende Rommel den entscheidenden Angriff zum Durchbruch in El Alamein. Nach drei Tagen wurde die Offensive nach hohen Verlusten auf deutsch-italienischer Seite wieder abgebrochen; Treibstoffmangel und Minengürtel hatten den Vorstoß zum Erliegen kommen lassen.
Seit diesem ersten Sieg in El Alamein waren es nun die Briten, die zur Gegenoffensive übergingen und im September mit dem Unternehmen „Agreement“ bis nach Tobruk vorstießen. Die Einnahme der Stadt konnte zunächst verhindert werden, doch hielten sich die deutschen Soldaten nur noch bis Mitte November und mussten sich schließlich der alliierten Übermacht geschlagen geben. In der Folge wurde Tobruk geräumt und man zog sich Richtung Libyen zurück.
In dem noch belagerten El Alamein begann die 8. britische Armee am 23. Oktober 1942, zum Entscheidungskampf überzugehen. Zu diesem Zeitpunkt befanden sich etwa 100.000 deutsche und italienische Soldaten in dem Belagerungsring, die sich ungefähr der doppelten Anzahl von britischen und mit ihnen verbündeten Soldaten gegenübersahen. Auch das Verhältnis der verfügbaren Panzer betrug annähernd 2:1 aus alliierter Sicht. An der 60 km langen Front waren etwa 1.000 britische Artilleriegeschütze verteilt, zudem begannen die etwa 750 Flugzeuge der Air Force ein großangelegtes Flächenbombardement. Ein weiterer strategischer Nachteil bestand neben der Munition- und Treibstoffknappheit darin, dass sich während der Verteidigungsschlacht Rommel nicht vor Ort, sondern zur Kur in Deutschland befand, von der er allerdings unmittelbar nach Bekanntwerden des Angriffs zurückkehrte. Während der Schlacht, in deren Verlauf beide Seiten allein 500 Panzer verloren, gelang es den Alliierten, Teile der Armee der Achsenmächte einzukesseln, so dass etwa 30.000 Soldaten in Gefangenschaft gerieten.
Am 2. November 1942 konnten die Alliierten die Festung schließlich stürmen und damit die Deutschen vertreiben, die von Rommel umgehend den Rückzugsbefehl erhielten. Hitler wiederum ordnete darauf an, die Festung zu halten und „keinen Schritt zu weichen.“ Entgegen diesen Vorgaben befahl Rommel einen Tag später trotzdem den Rückzug seiner Soldaten nach Tunesien, um nicht noch weitere Opfer riskieren zu müssen.
Nach diesen Niederlagen in Tobruk und El Alamein gelang es den Alliierten eine Woche später, ca. 100.000 Soldaten in Marokko und Algerien an Land zu bringen, die eine so starke Streitmacht darstellten, dass sich die militärische Situation der Achsenmächte in Afrika dramatisch verschlechterte und auf Dauer zum Scheitern verurteilt war.