Gaddafi studerte så jus ved Universitetet i Libya, der han fikk høye karakterer. Han gikk så på et militærakademi i Benghazi i 1963, der han og noen få av hans militante venner begynte å organisere et hemmelig kuppforsøk for å kaste den pro-vestlige libyske kongen Idris I. Han ble uteksaminert i august 1965, og ble sambandsoffiser i hæren. I april 1966 fikk han opplæring i Storbritannia, i ni måneder var han på et engelsk språkkurs i Beaconsfield, Buckinghamshire, et sambandskurs i Bovington Camp, Dorset, og et infanteri sambandskurs i Hythe, Kent. Til tross for rykter om det motsatte, ble han ikke utdannet ved Royal Military Academy Sandhurst i Storbritannia.