意大利在东非发动战争的同时，其在北非的侵略也紧锣密鼓地拉开了序幕。意军在利比亚驻有两个集团军：第十集团军辖九个师部署在东部利埃边境，准备向埃及进攻；第五集团军部署在西部，掩护突尼斯方向。
为加强北非的防御，英军将一些英联邦军队调往埃及，并将三分之一来自敦刻尔克的坦克输往那里。在意军发起进攻时，英军驻北非的尼罗河集团军辖两个师又两个旅，其中一个师在利埃边境展开。
北非与东非，这块浩瀚无垠、气候恶劣的沙漠之地，几千年来一直是兵家必争之地，从古代的腓尼基人、迦太基人、罗马人，到近代的法兰西人、日耳曼人，无不对它垂涎三尺。
西部，它与西班牙隔海相望，扼地中海通往大西洋之咽喉——直布罗陀海峡；东部的苏伊士运河，是欧洲通往中东、近东的必经之地；北面濒临蔚蓝的地中海，只需几十个小时，就可抵达对岸的巴尔干地区。
谁拥有北非，谁就拥有地中海、巴尔干，谁就拥有中东与远东地区。1940年5月10日，法西斯德国向西欧发起了猛烈的进攻，不久就占领了挪威、丹麦、捷克斯洛伐克、波兰，对英国形成了环形包围圈。在远东，中国的抗战已经进入艰难时期，日本正虎视眈眈盯着英国在远东的势力范围——马来西亚、新加坡、印度、缅甸。更令人担忧的是地中海、东非与北非。在地中海，意大利海军在数量上远远超过了英国驻亚历山大港的舰队。
英国目前已无法加强那里的舰只。如果要往地中海调动舰只，势必要影响英国在大西洋与德国军舰的较量，一旦失去大西洋的海军优势，英国本土的补给线就有随时被切断的可能。
在北非，意大利巴尔博元帅指挥着四个统帅部预备师、两个法西斯警察师和两个殖民地师，约25万人；而英国只有5万人的兵力：第七装甲师、第四印度师、新西兰师等部队。
1940年8月19日，墨索里尼写信给利比亚总督、北非意军总司令格拉齐亚尼元帅，要求其尽快进攻埃及。
他在信中规定：
第一批德军士兵登上英国领土之日，便是你们发起进攻之时。
9月7日，墨索里尼在一次部长会议上再次提到进攻埃及，但格拉齐亚尼元帅认为时机不够成熟，提出将进攻推迟一个月。对此，陆军参谋长巴多格利奥元帅也表示同意。但墨索里尼仍坚持对其决定负责。
他说：“格拉齐亚尼元帅，如果你没有能力在下星期一发起进攻，我将考虑起用其他将军。”言外之意就是要将其撤职。
在墨索里尼孤注一掷的压力下，9月13日，意军第十集团军以六个步兵师和八个装甲营越过利埃边界，向英军发起进攻。英军经短时间抵抗即全线撤退。
当天，意军占领塞卢姆，三天后攻占西迪拜拉尼。然而，意军补给日益困难，被迫停止进攻。英军一直后撤到马特鲁港附近的预设阵地才稳住阵脚，重新布置防御工事。由此在两军之间形成了一个130公里宽的中间地带。
意军占领西迪拜拉尼后，开始把注意力转到希腊战场。10月28日，意军入侵希腊，同时在非洲继续作战。英军尼罗河集团军利用这一时机调整部署，并补充两个师，准备将意军逐出埃及。
1940年12月9日，英军一个装甲师和一个步兵师向意军第十集团军发起有限目标的反击。英军出敌不意地通过意军间隙地，向意军后方实施攻击。意军指挥失灵，大批意军不战而降。
12月11日，英军收复西迪拜拉尼，俘敌2万人。12月17日，进占塞卢姆。
意军仓皇撤离埃及，向利比亚退却。英军乘胜追击，于1941年1月5日占领利比亚要塞拜尔迪耶，1月22日进占图卜鲁克。2月6日，英军占领意大利在东利比亚的最后一个重要据点班加西。
2月10日，英军进抵阿盖拉、马拉达以东一线，占领了昔兰尼加全境。此时，英国首相丘吉尔决定向巴尔干转移兵力，利用意军在希腊的失败，在巴尔干半岛建立军事基地。英军的这次进攻史称“利比亚战役”。英军在两个月内向西推进800余公里，以较小代价，取得重大战果。几乎全歼意军9个师，俘虏13万人，缴获坦克约400辆、火炮12900门。意大利侵略非洲的失败，危及了希特勒征服欧洲的总计划，他不得不把目光也投向非洲。