В 1939 году Ливия стала частью метрополии Италии. Основной целью администрации провинции стало обустройство итальянских колонистов, за счёт переселения которых планировалось решить две задачи: снизить уровень безработицы в Италии и создать прослойку населения в самой Ливии, которая поддерживала бы политику метрополии. К 1940 году в Ливию переселилось 100 тысяч итальянцев. В годы Второй мировой войны на территории Ливии происходили активные боевые действия между итало-немецким корпусом и вооружёнными силами Великобритании, дислоцировавшимися в Египте. Так в декабре 1940 – январе 1941 года британские войска провели операцию «Компас», вследствие которой разгромили итальянские войска в Ливии и заняли стратегически важный порт-город Тобрук.
Итальянские военнопленные, захваченные в ходе операции «Компас».
Британские войска в Ливии.
В течение февраля 1941 года в Ливию были переброшены германские войска под командованием генерала Роммеля, которые весь 1941-1942 годы вели активную борьбу с британцами. Так, 20 июня немецко-итальянские войска отбили в британцев Тобрук, однако потерпели поражение в сентябре в районе Алам-Хальфа под Эль-Аламейном. После назначения генерал Монтгомери командующим 8-й британкой армией, военная инициатива перешла на строну Союзников. В конце октября 1942 года они перешли в наступление против итало-немецких войск и 2 ноября прорвали оборону противника в районе Эль-Аламейна. Германо-итальянская армия «Африка» была вынуждена отступать под ударами противника через всю Ливию. В ходе преследования английские войска 13 ноября заняли город Тобрук, 27 ноября — Эль-Агейлу, 23 января 1943 — Триполи и к 5-му февраля вышли на границу с Тунисом, тем самым полностью освободив Ливию от германо-итальянских войск. Вытеснение противника из Ливии положило начало разгрома их в Северной Африке. 13 мая 1943 года группа армий «Африка» капитулировала, что позволило Союзникам начать военные действия в Европе.