Фактически от гарнизона Триполи требовалось одновременно решить ряд задач: отразить наступление повстанцев из Эз-Завии; подавить вооруженный мятеж; усилить группировку лоялистов к востоку от города для предотвращения выхода мисратской группировки повстанцев к восставшим восточным районам столицы; удерживать город Эль-Азизию для предотвращения наступления повстанцев с юга со стороны Гарьяна, а также в качестве исходного района для прорыва из Триполи. Успешно решить все эти задачи гарнизон оказался не в состоянии, чему в том числе способствовало истощение его резервов в ходе битвы за Эз-Завию.
Попытка правительственных сил сдержать наступление повстанцев из Эз-Завии у населенного пункта Эль-Мая не увенчалась успехом, несмотря на понесенные повстанцами потери. После чего повстанцы захватили военную базу на пути в Триполи и 21 августа вошли в Джанзур. В тот же день в ливийскую столицу морем прибыли повстанцы из Мисраты, чем упрочилось положение восставших в восточных районах Триполи. Эз-Завийская группировка повстанцев вошла в город с запада. Ожесточенные бои в Триполи развернулись в районе резиденции Каддафи Баб-эль-Аизия в центре города, которая в итоге была взята при поддержке авиации НАТО. В дальнейшем повстанцы продолжали оттеснять лоялистов в южном направлении и к 28 августа установили контроль над городом и его пригородами. Фактически можно говорить, что это знаменует падение режима Каддафи, а дальнейшие драматические события у Сирта и Бани-Валида уже являлись не столько действиями по добиванию Каддафи, сколько принуждением к капитуляции племен его бывших сторонников в преддверии передела власти в Ливии и перераспределения экономических преференций.
Довольно быстрое падение такого крупного города, как Триполи, сильно контрастирует с долговременной и упорной обороной лоялиста-ми куда более мелких населенных пунктов типа Злитена, не говоря уже о Бреге. Среди причин поражения лояльных Каддафи формирований в ходе битвы за Триполи можно выделить следующие: общее ослабление лоялистов в ходе продолжительной гражданской войны и натовских воздушных ударов; одновременное наступление противника с разных направлений; скованность части боеспособных формирований каддафистов на других направлениях; ослабление гарнизона в ходе попыток отражения наступления берберов на побережье Триполитании, в первую очередь на Эз-Завию, и мисратцев на Элитен; восстание «пятой колонны» в столице; нехватка сил для обороны такого крупного города. Но главной была неготовность большей части населения Триполи и даже части гарнизона упорно защищать режим — то есть налицо был кризис легитимности власти на фоне военных успехов ее противников как фактор психологического надлома потенциальных защитников столицы.