Lors de l'insurrection de 2012, la ville tombe sous le contrôle du Mouvement national pour la libération de l'Azawad (MNLA) le . Le , par un communiqué publié sur son site, le MNLA y déclare proclamer . Le MNLA est bientôt supplanté par des mouvements islamistes plus radicaux, comme Ansar Dine, et surtout le MUJAO qui contrôlent la ville et y instaurent la charia. À la suite de l'engagement militaire de la France en janvier 2013 dans le cadre de l'opération "Serval", l'armée française, appuyée par celle du Mali, reprend le contrôle de la zone de l'aéroport de Gao et du pont de Wabaria, le puis plus tard dans la journée de l'ensemble de la ville après quelques combats contre des unités résiduelles, entrainant entre une quinzaine et vingt-cinq morts dans les rangs djihadistes. La libération de la ville par les troupes franco-maliennes est accueillie avec enthousiasme par la population, le maire Sadou Diallo est restauré dans ses fonctions le jour même en regagnant la ville, et rapidement des troupes en provenance du Tchad et du Niger prennent position pour assurer le contrôle de Gao alors que l'armée française continue son avancée vers le nord du pays.