Ливийская система противовоздушной обороны была подавлена уже в результате первого удара. Однако это было достаточно легко. Система ПВО Ливии, некогда действительно одна из самых мощных в регионе, была сформирована с помощью СССР ещё в начале 1980-х годов. Ливийская Джамахирия была крупнейшим получателем советского оружия в Северной Африке до введения режима международных санкций против этой страны в 1992 году. Большая часть этого вооружения была списана, либо находилась в неработоспособном состоянии, так как режим санкций не позволял закупать запчасти для ремонта.
На момент начала воздушной операции у Ливии оставалось 11 дивизионов зенитных ракетных комплексов (ЗРК) С-75М3 «Волга», 16 дивизионов ЗРК С-125М1 и четыре (восемь) дивизиона наиболее «современных» и дальнобойных ЗРС С-200ВЭ. К этому можно добавить некоторое количество ЗРК «Квадрат», «Оса-АК», «Стрела-10», советских зенитных установок (калибра 23 мм, 37 мм, 57 мм, 85 мм) и переносных ЗРК «Стрела» и «Игла». А также одну бригаду французских зенитных ракетных комплексов «Кроталь» (Crotale) (поставлены в Ливию в 1973–1974 гг.). Вся эта техника была старая, в плохом техническом состоянии. Силы средства ПВО были объединены устаревшей советской автоматизированной системой управления 5С99М «Сенеж».
Примерно половина комплексов С-200ВЭ попала в руки восставших, а вторую половину ливийцы не рискнули использовать первыми по наиболее уязвимым воздушным целям западной коалиции — самолётам АВАКС и самолётам-заправщикам Виккерс-10, что позволило американцам очень быстро засечь эти комплексы, а затем уничтожить или вывести из строя ударами крылатых ракет Томагавк. Но, имея на вооружении десятки тысяч ПЗРК Стрела-2М и Игла-1 и мобильную колёсную систему ПВО ОСА-АКМ и гусеничную систему ПВО Стрела-10, Ливия долгое время не позволяла авиации стран НАТО летать на высоте ниже пяти километров и наносить прицельные удары.
Военно-воздушные силы Ливии номинально насчитывали, по разным оценкам, от 220 до 250 боевых самолётов в основном советского производства (бомбардировщики Су-24 и Ту- 22, истребители-бомбардировщики Су-22, истребители Миг- 21, МиГ-23), плюс французские Мираж Ф1 (Mirage F1). Из них подняться в воздух способны были не более полусотни. После отмены режима санкций против Ливии в 2004 г., новые системы ПВО и авиатехника в страну не поставлялись.
В то же время, на поле боя на земле войска, верные Муамару Каддафи, быстро приспособились действовать в условиях ежедневных атак союзной авиации — прятали тяжёлую технику в городских кварталах и использовали её только в нужный момент, стали действовать на «техничках», точно таких же, как и у отрядов оппозиции, и союзники стали бить по «своим».
Тем не менее, действия коалиционной авиации уравновесили силы противоборствующих сторон, компенсировав почти полное отсутствие у отрядов ПНС артиллерии и бронетехники, а также отсутствие (что важнее!) даже элементов централизованного командования. До войны вооружённые силы Ливии насчитывали пять тысяч танков и бронемашин. К тому же правительственные войска сохранили жёсткую структуру командования, действовали слажено и решительно.
Оппозиции лишь со временем удалось сформировать некое подобие армейских частей из разношёрстных повстанческих войск при помощи западных военных советников и наёмников. Они получили значительное количество противотанковых вооружений, тяжёлых пулемётов, переносных зенитных ракетных комплексов, джипов. Пока документально подтверждены военные поставки силам ПНС только из Франции и Судана.
Авиация союзников разрушала тыловые объекты и сковывала передвижение сил Каддафи. С 31 марта налеты стали проводиться в рамках операции НАТО «Объединённый защитник» («Unified Protector»). В ней приняли участие США, Франция (более 30 самолетов и 19 вертолётов), Великобритания (до 30 самолетов и до 10 вертолётов) и Италия (16 самолетов и предоставление авиабаз). Другие члены НАТО — Бельгия, Канада, Дания, Греция, Нидерланды, Норвегия, Испания — предоставили от 4 до 6 боевых самолетов и от одного до нескольких самолетов обеспечения. По шесть истребителей предоставили Иордания и Катар, 12 боевых самолетов — ОАЭ. Десять самолетов подключила к операции НАТО нейтральная Швеция.
С июня в атаках стали принимать участие ударные вертолёты АН-64 Апач (Apache), Газель (Gazelle) и Тигр (Tigre), что повысило точность ударов. Противнику были нанесены значительные потери в живой силе, артиллерии и бронетехнике, но это не смогло полностью остановить обстрелы городов и ближние бои в них.
Наступление верных Каддафи сил на Мисурату началось 18 марта. Почти за две недели боев им удалось взять лишь примерно треть города. В руках повстанцев остался морской порт, через который они получали из Киренаики подкрепления, продовольствие, боеприпасы и вооружения. В конце концов, при активной поддержке авиации НАТО, осаждённым удалось перехватить инициативу. В последних числах апреля Мисурата была очищена от правительственных войск. Линия фронта стабилизировалась в районе Мисурата-Злитен (город на пути из Мисураты в Триполи).
