През 1911 г. той се явява като доброволец в Итало-турската война в османския Триполитански вилает (днешна Либия). Служи предимно в районите край Дерна и Тобрук. Нахлулата италианска армия има жива сила от 150 000 души; на нея се противопоставят 20 000 бедуини и 8000 турци. Малко преди Италия да обяви война, много от османските войски в Либия са изпратени в османската провинция Йеменски вилает, за да потушат бунта там, така че османското правителство е хванато с неадекватни ресурси за противодействие на италианците в Либия. Великобритания, която контролира османските провинции Египет и Судан, не позволява на допълнителни османски войски да достигнат Либия през Египет. Османски войници като Мустафа Кемал отиват в Либия, облечени като араби (рискувайки да бъдат затворени, ако бъдат забелязани от британските власти в Египет), или от много малкото налични фериботи (италианците, които имат превъзходни морски сили, ефективно контролират морските пътища до Триполи). Въпреки всички трудности, силите на Мустафа Кемал в Либия успяват да отблъснат италианците няколко пъти, например в битката при Тобрук на 22 декември 1911 г.