לפי תוכנית המבצע, שהוכנה על ידי מפקד הארמייה השמינית, גנרל אלן גורדון קנינגהם, במהלך חודש ספטמבר, נועדה המתקפה הבריטית להתבצע בשני שלבים עיקריים:
בשלב הראשון יאגף הקורפוס ה-30 (הדיוויזיה המשוריינת ה-7, הדיוויזיה הדרום-אפריקנית ה-1 בפיקודו של גנרל ג'ורג' ברינק ובריגדת המשמר הממונעת ה-22) מדרום את מערך ההגנה של הציר באזור הגבול, ויתפוס "עמדת קרב מרכזית" בעורפו ליד ג'אבר-צלאח. קנינגהם העריך, שמהלך זה יאלץ את רומל לתקוף את כוח השריון המרוכז של הדיוויזיה המשוריינת ה-7, שכללה כ-500 טנקים, בשטח שנבחר על ידי הבריטים, ושבקרב השריון שיתפתח כתוצאה מכך, יושמדו עיקר כוחותיו הניידים.
בשלב השני של המתקפה הבריטית, שהיה אמור להתחיל רק לאחר השגת הניצחון בקרב השריון, נועדו יחידות החי"ר של הארמייה ה-8 להיכנס לפעולה. הקורפוס ה-13, בפיקוד אלפרד ריד גודווין אוסטן, שכלל את הדיוויזיה ההודית ה-4, הדיוויזיה הניו זילנדית ה-2 ובריגדת הטנקים ה-1, נועד לאגף מדרום את מגנני הגבול של הציר, לתקוף אותם מהחזית ומעורף, ולאחר מכן להתקדם מערבה לאורך כביש החוף לכיוון טוברוק. במקביל נועד חיל המצב של טוברוק (הדיוויזיה ה-70, בריגדה פולנית ובריגדת הטנקים ה-32) לתקוף את כוחות הציר המכתרים את מתחם טוברוק, להבקיע דרכם ולנוע מזרחה במטרה לחבור אל כוחות הקורפוס ה-30, שיתקפו במקביל לכיוון צפון-מערב. לאחר שחרור טוברוק מהמצור והבסת כוחותיו העיקריים של רומל, תמשיך הארמייה השמינית במרדף מערבה אחרי שרידי כוחות הציר, במטרה לכבוש את כל בליטת קירנאיקה, ולאחר מכן גם את טריפוליטניה.
המתקפה הבריטית.
"מבצע צלבן" החל בלילה שבין 17 ל-18 בנובמבר. כוחות הקורפוס המשוריין ה-30 חצו את גבול מצרים-לוב, ביצעו תנועת איגוף רחבה סביב מערך העמדות של הציר באזור הגבול, והתייצבו עמוק בעורפו באזור ג'בר צאלח בהתאם לתוכנית. גשם מקומי חזק שירד בלילה שקדם למתקפה הבריטית קירקע את מטוסי הציר, ומנע מהם להמריא משדות התעופה המאולתרים שלהם. בשל כך, לא היה לפיקוד הגרמני מושג לגבי היקף המתקפה. רומל היה כה מרוכז בהכנותיו לקראת המתקפה המתוכננת על טוברוק, עד שבשלושת הימים הראשונים של מבצע צלבן (עד ה-20 בנובמבר) הוא סירב להאמין שהבריטים פתחו במתקפה רחבת היקף נגד כוחותיו, על אף שקיבל דיווחים רבים מיחידות הסיור שלו על תנועת כוחות בריטיים חזקים באזורי העורף שלו, בטענה שמדובר בניסיונות הטעיה והסחה בריטיים.
העדר תגובה משמעותית מצד קורפוס אפריקה להתקדמות הקורפוס ה-30 הביך את פיקוד הארמייה ה-8, משום שנגד את ההנחות שעמדו בבסיס תוכנית המערכה שלו. יחידות הקורפוס המשיכו להתקדם בכיוון צפון-מערב בניסיון לאתר את כוחותיו העיקריים של רומל ולגרור אותם לקרב שריון. ב-19 בחודש השתלטה הבריגדה המשוריינת ה-7 על שדה התעופה בסידי-רזג, כ-15 ק"מ בלבד מטבעת הביצורים החיצונית סביב נמל טוברוק, ואילו הבריגדה המשוריינת ה-22, ללא סיוע חיל רגלים וארטילריה, ערכה התקפה כושלת על ביר אל גובי, שהוחזקה על ידי כוחות איטלקיים, וספגה במהלכה אבדות ניכרות. במקביל יחידות החלוץ של הבריגדה המשוריינת ה-4, באגף הימני של הקורפוס ה-30, הגיעו כמעט עד כביש החוף ממערב לבארדיה, במהלך מרדף שניהלו אחרי שריוניות הסיור הגרמניות. פעולה זו עוררה תגובה עזה מצד דיוויזיית הפאנצר ה-21, שצוות קרב חזק שלה נשלח דרומה ותקף את הבריגדה הבריטית. התפתח קרב שריון מבולבל, שהסתיים ללא הכרעה, אם כי דיווחים מוגזמים על אבדות הצד הגרמני גרמו לבריטים להאמין שניצחו בקרב והסבו אבדות כבדות לאויב. למעשה הגרמנים, ששדה הקרב נותר בידיהם, הצליחו לחלץ ולתקן את רוב הטנקים שנפגעו במהלך הקרב, ורק 3 טנקים שלהם הושמדו לחלוטין.
חוסר הוודאות ביחס למיקום הכוחות העיקריים של קורפוס אפריקה, גרם לקאנינגהם במהלך היום השני למבצע (ה-19 בנובמבר), לפצל את כוחות השריון של הקורפוס ה-30 לשלושה כוחות נפרדים, שנמצאו במרחק ניכר זה מזה, ולכן לא היו מסוגלים להעניק סיוע הדדי במקרה של התקפת נגד גרמנית (שלמרבית מזלם לא התממשה).
ב-20 בחודש השתפרה תמונת המצב בצד הבריטי במידה מסוימת. "קבוצת הסיוע" של הדיוויזיה המשוריינת ה-7 חברה עם הבריגדה המשוריינת ה-7 בסידי רזג. הבריטים הדפו שורת התקפות נגד של הדיוויזיה הקלה ה-90, אך לא הצליחו לעקור את הכוחות הגרמניים מהמתלול שמצפון לשדה התעופה. רומל נתן למפקד קורפוס אפריקה, קריוול, יד חופשית להפעיל את שתי דיוויזיות הפאנצר שלו כדי לנטרל את האיום הבריטי על עורפו, לפני שיפתח במתקפה המתוכננת על טוברוק. האחרון, שחשב בטעות שהשריון הבריטי נמצא באזור סידי עזיז, שלח לשם את כוחותיו, במטרה לכתר ולהשמיד את הכוחות הבריטיים, ודיוויזיות הפאנצר ה-15 וה-21 בזבזו את שעות הבוקר בתנועה הלוך ושוב לאורך "דרך קאפוצו", בניסיון שווא לאתר את כוחות השריון הבריטיים. רק בשעות הצהריים הבין קריוול, מגיחות סיור של הלופטוואפה, שהשריון הבריטי מרוכז באזור ג'אבר צאלח, ושלח את כוחותיו דרומה. אולם מכיוון שדיווזיית הפאנצר ה-21 נותרה ללא דלק, רק דיווזיית הפאנצר ה-15 יכלה להשתתף בהתקפה. בשעות אחר הצהריים תקפה הדיוויזיה את הבריגדה המשוריינת ה-4, הדפה אותה אל מעבר ל"דרך אל עבד", וגרמה לה אבדות ניכרות. הפיקוד הבריטי שלח את הבריגדה המשוריינת ה-22 לסייע לבריגדה המשוריינת ה-4, אך האחרונה הגיעה מאוחר מכדי להשפיע על תוצאות הקרב. שני הצדדים חשבו, שניצחו בקרב וגרמו לאויב אבדות כבדות, אך למעשה הקרב הסתיים שוב ללא הכרעה.
קרב סידי רזג.
רק בשעות הערב של ה-20 בנובמבר הבין רומל לבסוף, שהפעולות הבריטיות במהלך הימים האחרונים היו חלק ממתקפה רבתי ולא רק סיור אלים כפי שחשב קודם. הוא חשש בעיקר מחבירה של הכוחות הבריטיים בסידי-רזג עם חיל המצב של טוברוק, ולכן הורה לשתי דיוויזיות הפאנצר של קורפוס אפריקה לנוע למחרת עם שחר לסידי רזג במטרה להשמיד את הכוחות הבריטיים, שתפסו את שדה התעופה. במקביל הבין גם הפיקוד הבריטי, שאין טעם להמשיך להמתין להשמדת כוחות השריון הגרמניים, ולכן נתן הוראה לחיל המצב של טוברוק להיערך לפריצת טבעת הכיתור של הציר בגזרה הדרום-מזרחית שלה, כדי להתחבר לכוחות הקורפוס ה-30, ואילו הקורפוס ה-13 הצטווה לפתוח בתנועת האיגוף המתוכננת סביב מערך ההגנה של הציר באזור הגבול.
בשלושת הימים הבאים (21 עד 23 בנובמבר) התחוללו באזור סידי-רזג שורת קרבות שריון מבולבלים, בהם השתתפו מאות טנקים משני הצדדים. רומל ניצל את פיצול כוחות השריון של הדיוויזיה המשוריינת ה-7, כדי לתקוף כל אחת משלוש הבריגדות המשוריינות של הדיוויזיה בנפרד, באמצעות הכוחות המרוכזים של קורפוס אפריקה, וכך הצליח להשיג עדיפות מקומית מכרעת, אף על פי שלקורפוס ה-30 הייתה עדיפות של כמעט 2:1 בטנקים על קורפוס אפריקה. העליונות הטקטית של כוחות השריון הגרמניים, שיתוף הפעולה הבין-זרועי ההדוק במסגרת דיוויזיות הפאנצר והפעלה יעילה של תותחי הנ"ט (במיוחד תותחי ה-88 מ"מ) שגרמו אבדות כבדות לשריון הבריטי, אפשרו לרומל להנחיל תבוסה מוחצת לדיוויזיה המשוריינת ה-7. בליל 23 בנובמבר נותרו לדיוויזיה פחות ממאה טנקים כשירים לפעולה, אם כי חלק מהטנקים שנפגעו רק הוצאו זמנית מכלל פעולה. כוחות הציר השתלטו מחדש על שדה התעופה סידי רזג, השמידו כמעט לחלוטין את הבריגדה ה-5 של הדיוויזיה הדרום אפריקאית ה-1, ולקחו למעלה מ-2,000 שבויים. עם זאת, גם דיוויזיות הפאנצר של קורפוס אפריקה ספגו אבדות כבדות במהלך הלחימה, ונותרו עם כ-90 טנקים כשירים לפעולה (מתוך כ-250 עימם פתחו את הקרב).
במקביל לקרב השריון שהתנהל בסידי רזג נכנסו לפעולה גם יחידות הרגלים של הארמייה השמינית. בבוקר ה-21 בחודש תקף חיל המצב של טוברוק את הגזרה הדרום-מזרחית של טבעת הכיתור, גרם אבדות כבדות לדיוויזיית "בולוניה" האיטלקית והצליח להתקדם כ-6 ק"מ לכיוון אד-דודה. התקפת נגד גרמנית ייצבה זמנית של המצב ובלמה את המשך התקדמות הבריטית. תבוסת כוחות הקורפוס ה-30 בסידי רזג, שהיו אמורים לחבור אל חיל המצב של טוברוק, גרמה להפסקה זמנית של המאמץ הבריטי לפרוץ את טבעת הכיתור.
ב-22 בנובמבר החל הקורפוס ה-13 בהתקפה על שורת העמדות המבוצרות של הציר בגבול מצרים-לוב. כוחות מהדיוויזיה ההודית ה-4 תקפו שני מתחמים מבוצרים באזור סידי עומר, ששימשו כעוגן הדרומי של מערך הביצורים, וכבשו אותם לאחר לחימה קשה. אולם אבדות כבדות שספגו טנקי הרגלים שסייעו להתקפה, גרמו לדחיית המשך המתקפה על מגנני הגבול. במקביל איגפה הדיוויזיה הניו זילנדית ה-2 את סידי עומר מדרום, והבריגדה ה-5 שלה תקפה את עמדות הציר באזור מבצר קאפוצו, ניתקה את כביש החוף, והשלימה את כיתור כוחות הציר באזור הגבול. שתי הבריגדות האחרות של הדיוויזיה התקדמו מערבה מדרום לכביש החוף לכיוון טוברוק. ב-23 בנובמבר נתקלה הבריגדה ה-6 במקרה במפקדת "קורפוס אפריקה" ליד ביר אל חליטה, שבתה את רוב סגל המטה שלו וניתקה את דרכי האספקה של הקורפוס שלחם באזור סידי רזג.
המירוץ אל גדר הגבול.