Поначалу успех сопутствовал повстанцам, но затем Каддафи перехватил инициативу, и правительственные войска развернули наступление, угрожая захватить главный город «Свободной Ливии» Бенгази. В силу разных причин ведущие государства мира решили оказать помощь повстанцам. 17 марта Совет безопасности ООН принял резолюцию №1973 о введении над Ливией зоны, закрытой для полетов. Официальный
Триполи признал документ, однако боевые действия продолжались. Тогда последовало военное вмешательство многонациональной коалиции, в которую по состоянию на 10 апреля вошли 16 государств. Началась операция «Рассвет Одиссея». Первоначально ею командовали американские генералы, но США поспешили передать руководящую роль НАТО. Для базирования задействованных в операции самолетов использовалось более 30 аэродромов на территории нескольких стран.
Первый удар коалиция нанесла 19 марта с помощью крылатых ракет морского базирования. Тогда же 3 американских стратегических бомбардировщика В-2 сбросили на «главный ливийский аэродром» 40 авиабомб. Французские истребители блокировали воздушное пространство вокруг Бенгази, истребители-бомбардировщики уничтожили на земле 4 танка. В последующие дни к операции подключилась авиация других участников коалиции, и интенсивность налетов возросла. Союзники вывели из строя, по разным оценкам, до 30% ливийского военного потенциала. Практически уничтожили всю стационарную ПВО, основанную на устаревших ЗРК С-75, С-125 и С-200. Удалось подбить до сотни танков. ВВС Ливии перестали существовать как организованная сила, хотя боевых самолетов они потеряли не более десятка и почти все – на земле. В воздухе был сбит только один «Галеб» – по одной из версий, 24 марта он заходил на посадку и попал под взрыв ракеты класса «воздух-земля», пущенной с французского «Рафаля». Кроме того, по данным западногерманского журнала «Бильд», 22 марта истребители коалиции сбили ливийский транспортный самолет.
Меры по соблюдению режима запрета на полеты предпринимались и в отношении ВВС «Свободной Ливии». Так, 9 апреля в районе Бенгази был принужден к посадке повстанческий МиГ-23.
Единственной потерей коалиции стал американский F-15E. Хотя он упал на контролируемой повстанцами территории, для спасения экипажа задействовали пару штурмовиков AV-8B, а также по два вертолета СН-53 и конвертоплана OV-22. Летчиков успешно эвакуировали. Осуществлявшие прикрытие «Харриеры» применили оружие, и в результате взрыва бомбы были ранены 6 местных жителей.
Среди новинок, засветившихся в ливийской операции, следует отметить боевой дебют «Еврофайтера».