Kun toinen maailmansota alkoi, Italia evakuoi siirtolaisia takaisin emämaahan. Libya oli italialais-saksalaisten ja englantilaisten joukkojen rajujen taistelujen näyttämö vuosina 1941–1943. Kuuluisin taistelu oli Tobrukin piiritys vuonna 1942. Englantilaiset valtasivat Tripolitanian ja Kyrenaikan, ja Ranska Fezzanin vuonna 1943. Lisäksi Libyan aavikoilla asuvat heimot ottivat yhteen rajusti sisämaassa saksalaisten ja italialaisten joukkojen kanssa. Sodan jälkeen maa jäi Yhdistyneiden kansakuntien valvontaan, mutta maassa oli edelleen myös paljon italialaisia.