לאחר שהאיטלקים הבינו את ההשלכות האסטרטגיות של כישלון מתקפתם, הם קראו לסיוע גרמני. גרמניה שלחה יחידה צבאית שזכתה לכינוי קורפוס אפריקה בפיקודו של ארווין רומל. רומל הצליח להדוף את הבריטים מערבה, ושם את העיר במצור. המצור נמשך 240 יום, מ-10 באפריל 1941 ועד לרגע שבו הוסר במבצע צלבן, בסוף נובמבר 1941. במאי 1942 שב רומל ותקף, והפעם הצליח לכבוש את טוברוק שנפלה לידיו ב-21 ביוני 1942. מדינות הציר המשיכו להחזיק בעיר עד ה-11 בנובמבר 1942 כאשר בעלות הברית התקדמו מערבה לאחר קרב אל עלמיין השני. העיר נותרה בשליטת בעלות הברית עד לסוף המלחמה.