ב-2 בינואר 1941 הגיעו היחידות הגרמניות הראשונות לטרפאני שבחוף הדרומי של סיציליה. שתי היחידות של הלופטוואפה היו קבוצות של מפציצי הצלילה יונקרס Ju 87 ("שטוקה"). היחידות כללו 80 מפציצים. הגעתם של המטוסים הרחיבה משמעותית את היקף ההפצצות על מלטה. הפקודה שניתנה ליחידות הגרמניות הייתה ליירט את הספינות הכבדות ביותר ובמיוחד את נושאות המטוסים. זמן קצר לאחר מכן קיבלו המטוסים הגרמנים פקודה להטביע את נושאת המטוסים של הצי המלכותי הבריטי ה"אילוסטריוס" (HMS Illustrious). הספינה לקחה חלק פעיל בקרב טאראנטו, שבעקבותיו השיג הצי המלכותי עליונות ולפיכך היא עלתה לראש רשימת המטרות של כוחות הציר.
עם תחילתה של הפעולה הגרמנית הראשונה, עמדו לרשותו של גייסלר 95 מטוסים ו-14,389 איש בסיציליה. גייסלר שכנע את פיקוד הלופטוואפה להקצות לו ארבע קבוצות מפציצי צלילה נוספות. ב-10 בינואר הוא היה מסוגל לקבץ 255 מטוסים (מתוכם 179 כשירים) כולל 209 מפציצי צלילה ומפציצים בינוניים.
מנגד, לא הצליחו הצוללות הבריטיות לתקוף את ספינות התובלה הגרמניות שהיו בדרכן ללוב. הנזק שנגרם לספינה הגרמנית "דואיסבורג" (Duisburg) היה הישגן המשמעותי היחיד. ב-9 בפברואר 1941, החמיצו שלוש צוללות את אותה שיירה שהובילה אספקה לטריפולי. נמל טריפולי, שהיה הבסיס העיקרי של כוחות הציר בלוב, היה מסוגל לפרוק שש ספינות בעת ובעונה אחת והיה הנמל הטוב ביותר מערבה לנמל אלכסנדריה, 1,600 ק"מ ממנו. חלק גדול מההצלחה של ההגנה של כוחות הציר נזקפה למוקשים הימיים. האיטלקים הפעילו 54,000 מוקשים סביב מלטה כדי למנוע ממנה אספקה. מוקשים אלה היו הרסניים עבור הצוללות הבריטיות. בנוסף, הונחו על ידי הצי האיטלקי כ-3,000 מוקשים לאורך חופי תוניסיה.
הכישלון בעצירת ספינות הציר התבטא במספרים שגדלו החל מפברואר 1941. בחודשים ינואר-אפריל שלחו מדינות הציר 321,259 טונות ללוב, שכולם פרט ל-18,777 טון שהוטבעו, הגיעו ליעדם. כלומר, מדובר על 94% הצלחה. מתוך 73,991 איש שנשלחו בדרך הים, 71,881 (97%) הגיעו ליעדם.
"מבצע שפע" וההתקפה על ה"אילוסטריוס".
צוותי הלופטוואפה סברו שארבע פגיעות ישירות יטביעו את ה"אילוסטריוס" והחלו להתאמן על דגמים צפים על חופי סיציליה. סיפון הטיסה העצום היווה מטרה בשטח של 6,500 מ"ר. ההזדמנות לתקוף את הספינה הגיעה ב-6 בינואר. מבצע שפע (Operation Excess), שבמסגרתו שוגרו שיירות של ספינות לאורך הים התיכון, יצא לדרך. ב-10 בינואר הם נכנסו לטווח מפציצי השטוקה. 43 מטוסי שטוקה של כנף 2 של הלופטוואפה (Sturzkampfgeschwader 2) המריאו למשימה בליווי מטוסים מכנף 1 (Sturzkampfgeschwader 1). במקביל העסיקו עשרה מטוסי סבויה מרקטי SM.79 את מטוסי הפיירי פולמאר שהמריאו מסיפונה של ה"אילוסטריוס", בזמן שהסיירת הבריטית "בונאוונטור" (HMS Bonaventure) הטביעה את ספינת הטורפדו האיטלקית "ווגה" (Vega). כעשרה מטוסי שטוקה תקפו את ה"אילוסטריוס" מבלי שנתקלו בהתנגדות. לנגד עיניו של מפקד הצי אנדרו קנינגהם, שהיה על ספינת הקרב "וורספייט" (HMS Warspite), הצליחו מפציצי השטוקה לפגוע שש פעמים ב"אילוסטריוס". פגיעה אחת השמידה תותח, השנייה פגעה בחרטום, השלישית הרסה תותח נוסף ובשתי פגיעות נוספות נפגעו המעלית ומטוסים שחנו מתחת לסיפון ההמראה, תוך כדי שתחמושת מתפוצצת ודלק בוער. הפצצה השישית חדרה את הסיפון המשוריין והתפוצצה בתוך הספינה. שני יעפי הפצצה נוספים התבצעו ללא תוצאות. כשהיא פגועה קשות, אך מנועיה עדיין פועלים, שייטה ה"אילוסטריוס" למלטה. ההתקפה ארכה שש דקות ובמהלכה נהרגו 126 איש ונפצעו 91. כשהתגלתה מלטה באופק, תקפו גם מפציצי הצלילה האיטלקים את הספינה אך הונסו באש נגד-מטוסים.
מבצע שפע יצא לפועל על אף שיחידת פיענוח הצפנים אולטרה דיווחה למשרד האווירייה הבריטי על נוכחותם של כוחות גיס האוויר העשירי של הלופטוואפה בסיציליה כבר ב-4 בינואר. בפועל ההודעה לא הועברה למודיעין הצי ואם הייתה מועברת, ספק אם האדמירליות הייתה שולחת את השיירות להפליג בטווח מפציצי השטוקה. חיל האוויר המלכותי הבריטי לא היה במצב למנוע מתקפה אווירית בסדר גודל כזה, שכן רק 16 מטוסי הוריקן ו-2 מטוסי גלדיאטור היו זמינים. ב-11 בינואר נשלחו 10 מפציצי שטוקה נוספים להטביע את ה"אילוסטריוס". בדרכם הם נתקלו בסיירות "סאות'המפטון" (HMS Southampton) ו"גלוסטר" (HMS Gloucester). ה"סאות'המפטון" נפגעה כה קשות, שהוחלט להטביעה. במשך 12 הימים הבאים עמלו פועלי המספנה בנמל הגדול על תיקון ה"אילוסטריוס" תחת מתקפות אוויריות נחושות, כדי שתוכל לכל הפחות להגיע לאלכסנדריה. ב-13 בינואר מפציצי השטוקה, שכעת היו מצוידים בפצצות SC 1000 לא הצליחו לפגוע בה. יעף נוסף של 44 מפציצי שטוקה שהתבצע למחרת גרם לה נזק נוסף. ב-18 בינואר עברו הגרמנים להפציץ את בסיסי האוויר בחאל פאר ובלואה על מנת להשיג עליונות אווירית לפני שישובו לתקוף את ה"אילוסטריוס". ב-20 בינואר, שתי פצצות, שכמעט והחמיצו אותה, הבקיעו חור בגוף הספינה מתחת לקו המים. אף על פי כן ב-23 בינואר חמקה ה"אילוסטריוס" מהנמל הגדול ולאחר יומיים הגיעה לאלכסנדריה. בהמשך הפליגה ה"אילוסטריוס" לארצות הברית שם שהתה בתיקונים למשך שנה.
הלופטוואפה נכשל במשימת הטבעת נושאת המטוסים. עם זאת, אבדותיו היו מעטות - שבעה מטוסים במשך כל התקופה. הגרמנים לחצו מאוד את הבריטים בכוחם האווירי. מכאן והלאה נמנעו הבריטים להשיט ספינות גדולות בזירה. הן הצי המלכותי הבריטי והן הצי המלכותי האיטלקי הפיקו לקחים מהקרבות בטאראנטו ובמלטה.
העליונות האווירית הגרמנית.
הופעתם בפברואר של מטוסי הקרב מסרשמיט Bf 109 של טייסת 7 של כנף 26 של הלופטוואפה, בפיקודו של יואכים מונשנברג (Joachim Müncheberg), גרמה עד מהרה לעלייה חדה באבדות חיל האוויר המלכותי. נוכחותן של יחידות הקרב גרמניות מנוסות, בטוחות בעצמן, ומצוידות היטב, שהצטיינו בערמה טקטית הורגשה היטב. לטייסים של בעלות הברית שהוצבו במלטה היה ניסיון קרבי מועט ומטוסי ההוריקן שלהם היו שחוקים. בארבעת החודשים הבאים ניזוקו מעט מאוד מטוסי מסרשמיט, וכמעט לא הופלו. לעומת זאת הם הצליחו להפיל 42 מטוסים בריטים, 20 מתוכם נזקפו לזכות טייסיו של מונשנברג.
מנגד, מטוסי ההוריקן נשחקו ויכולותיהם נוצלו מעבר לאורך חייהם הצפוי. היכולת שלהם, שהייתה נחותה יחסית לזו של מטוסי המסרשמיט, ירדה עוד יותר עקב תגבורות מצומצמות ביותר שהגיעו לזירה: חמישה מטוסים הגיעו בראשית מאי ושישה נוספים ב-18 בו. במקביל הופלו חמישה מטוסים על טייסיהם. תוחלת החיים של טייסי חיל האוויר המלכותי הבריטי הייתה קצרה.
ב-1 במרץ ביצע הלופטוואפה פשיטות רציניות. התקפות על שדות התעופה השמידו את כל מטוסי הוולינגטון שהגיעו באוקטובר. ספינות הקרב של הצי המלכותי ומטוסי הסנדרלנד לא יכלו להשתמש באי כבסיס לפעולות התקפיות. שתי טייסות הקרב (261 ו-274) עמדו בלחץ עצום.
העליונות האווירית הגרמנית השפיעה על מלטה. בכל יום הופצץ האי כמה פעמים. 107 תקיפות בפברואר ו-105 תקיפות במרץ בוצעו, כאשר מטוסי המסרשמיט עוקבים אחרי כל תזוזה על הקרקע. קיצוב במזון החל באי ובכך ירד המורל עוד יותר. כל הגברים בגיל 16–56 גויסו לשירות בנוסף לאלה שהתנדבו כבר קודם לכן. בפברואר גויסו כבר 14,600 גברים, כשישית מכוח העבודה. בזמן זה היה כבר חיל התותחנים המלכותי של מלטה (Royal Malta Artillery) אחראי על הגנת הנמל הגדול. הפצצות כוחות הציר גרמו נזק חמור לשלוש הערים.
באפריל החלה ההצלחה להאיר את פניה במידה מסוימת לבעלות הברית, עם הניצחון בים בקרב שיירת טאריגו (Battle of the Tarigo Convoy). ספינות שטח של בעלות הברית הצליחו להטביע ספינות קטנות של כוחות הציר לאור יום רק פעם אחת במהלך המערכה בצפון אפריקה, אך בלילה הוכיח הצי המלכותי שהוא יכול לחבל קשות בספינות של כוחות הציר. בלילה שבין ה-15 ל-16 באפריל, יורטו ספינות הציר על ידי חמש משחתות של השייטת ה-14. הוטבעו חמש ספינות (בעיקר ספינות גרמניות). אובדן ספינות אלו, אף על פי שהיה מצומצם יחסית, החל להדאיג את רומל.
השייטת הוקמה ב-8 באפריל 1941, כתגובה לצורך להגן על מלטה. תפקידו של כוח זה היה לעצור את השיירות של הציר ואליו הצטרפה שייטת המשחתות החמישית בפיקודו של הלורד לואי מאונטבאטן. הצלחתו של הכוח הייתה משמעותית והצדיקה את הצבתו במלטה למרות סכנת התקיפות האוויריות. ב-21 במאי נשלח הכוח להצטרף לקרב על כרתים.
הצלחה נוספת נזקפה לזכותן של "שיירות מלטה". שיירות אספקה יצאו בדחיפות מגיברלטר לאלכסנדריה (מבצע טייגר), בד בבד עם התגבורות שהוחשו לטובת הצי בים התיכון. שתי שיירות קטנות ממצרים למלטה ו-48 מטוסי הוריקן שהובאו על סיפונן של שתי נושאות מטוסים במבצע ספלייס. במהלך מבצעים אלה טבעה רק ספינה אחת, עם 10 מטוסי הוריקן ו-57 טנקים שנשאה עמה, כאשר עלתה על מוקש. במסגרת מבצע טייגר הועברו 295 טנקי מטילדה וקרוסיידר ו-24,000 טונות נפט שהיו דרושים למערכה בצפון אפריקה. המבצעים הושלמו ב-12 במאי. הכנפות של הלופטוואפה התאמצו מאוד לחבל בשיירות ולהפציץ את מלטה אך ללא הצלחה.