德國隆美爾軍團抵達的黎波裏意軍在北非的潰敗，使希特勒深感不安。對希特勒來說，非洲是一個棘手的次要戰區，過早在那裏采取行動，將幹擾和影響他的整個戰略部署。但是，意大利在非洲的慘敗，迫使德國不得不分散兵力卷入非洲戰事。1941年2月3日，他同三軍總司令磋商時決定：選派一支裝甲部隊開赴北非，空軍對昔蘭尼加和馬耳他島的英軍實施轟炸，加強與英國海軍作戰，破壞英國的海上運輸。2月5日，希特勒致函墨索裏尼，通報了德國的上述決定，並要求意大利的殲擊機歸德軍統轄，德意在北非的快速部隊由德軍統一指揮。墨索裏尼馬上接受了德國的條件，把格拉齊亞尼元帥召回國內，以伊塔洛·加裏博爾迪將軍接任北非意軍總司令，並決定把2個新編意大利師派往北非。
2月11日，德軍第5輕裝甲師一部作為首批赴非部隊抵達利比亞。翌日，埃爾溫·隆美爾中將飛抵的黎波裏，並在那裏會見了意軍總司令加裏博爾迪將軍。18日，德軍把派往利比亞的部隊正式命名為“德國非洲軍”，隆美爾任軍長。為加強這支非洲軍，希特勒加強給第5輕裝甲師l個坦克團，並決定再組建第15裝甲師開赴北非。
在此期間，英軍部分兵力已調往希臘戰場。北非英軍總司令韋維爾將軍雖已獲悉德軍出兵非洲，但未引起足夠重視。他錯誤地認為，德軍要把2個師的兵力和裝備調到的黎波裏，至少需要2個月的時間。因此，在春天不會有什麼危險，德意聯軍也不會在炎熱的夏季發動進攻。
然而，隆美爾不顧德國陸軍總參謀長弗蘭茨·哈爾德大將的告誡和北非意軍總司令加裏博爾迪將軍的提醒，於3月24日指揮德意聯軍向英軍發起試探性進攻，將英軍趕到阿蓋拉。在沒有得到上級任何人同意的情況下，隨後又於3月31日向英軍發起進攻。遇到英軍頑強抵抗後，隆美爾放棄正麵進攻，改向英軍翼側實施迂回包圍。英軍不戰而撤至艾季達比耶。德意聯軍乘勝追擊，於4月2日攻占艾季達比耶。在隆美爾指揮下，德意聯軍兵分3路，向北和東北方向發展進攻。希特勒警告隆美爾不能冒險，但此時他的先頭部隊已經出發。
4月4日，德意聯軍先取班加西，進而於4月11日包圍圖卜魯格要塞。至4月中旬，德意聯軍進至利埃邊境，占領了圖卜魯格以外的昔蘭尼加全境。隆美爾指望得到增援後，再向埃及首都開羅發動進攻。但是，希特勒準備集中一切可供支配的兵力進犯蘇聯，不再向北非派兵。那裏的戰線便在利埃邊界附近穩定下來。
4月30日，固守圖卜魯格據點的英軍粉碎了德意聯軍新的進攻。在利埃邊界，英軍於5月15日發起反攻，推進到塞盧姆和卡普措堡。後因德意聯軍加強抵抗，英軍於兩天後，撤回進攻出發陣地。6月15日，英軍經過周密準備再次發起反攻，企圖奪回哈爾法亞隘口和邊界工事，以便推進到圖卜魯格，解救被圍據點。英軍向哈爾法亞隘口東南實施迂回，經卡普措堡向北推進。不久，德軍第15裝甲師在第5輕裝甲師的支援下，終於阻止了英軍的反攻。
1941年秋，德軍主力陷入蘇德戰場，其非洲軍又麵臨補給困難。丘吉爾認為，英軍應抓住戰機奪占整個利比亞，並促使北非法軍轉向英國方麵；命令新任中東英軍總司令奧金萊克將軍大膽進攻，奪取北非的戰略主動權。1941年11月18日淩晨，英軍在空軍和地中海艦隊的支援下，發起“十字軍戰士”戰役，以粉碎其當麵德意聯軍的10個師（約10萬人，裝備有坦克522輛、飛機340架），解除敵軍對圖卜魯格據點的包圍，解放昔蘭尼加。英軍主力從裏多泰邁代萊奈和西迪奧馬爾地域向圖卜魯格以東的德意裝甲部隊實施鉗形突擊，一部兵力從傑格布卜地域向艾季達比耶方向實施輔助突擊，達成了戰術突然性。當晚，英軍突入利比亞縱深80公裏。次日，占領圖卜魯格以南約16公裏處的西迪雷澤格。20日，英軍完成對德意聯軍的包圍，雙方在西迪雷澤格地域展開激烈的坦克戰。21日，據守圖卜魯格的英軍在坦克支援下出擊，準備同西迪雷澤格的英軍會合。25日，隆美爾以強大兵力襲擊英軍後方，未能取得重大戰果。12月4日，隆美爾下令放棄對圖卜魯格長達242天的包圍。德意聯軍撤至加紮拉地域，企圖在這裏阻止英軍西進。在英軍繼續打擊下，德意聯軍被迫撤到的黎波裏塔尼亞。英軍推進到阿蓋拉後，停止追擊。經過2個月作戰，英軍向西推進近800公裏，解除了圖卜魯格之圍，收複了昔蘭尼加，並以損失1.77萬人的代價殲滅德意聯軍3.3萬人，但未完成殲滅德意非洲裝甲集群的主要任務。