Marraskuussa 2011 Nicolas Sarkozy oli yksi ensimmäisistä valtioiden päämiesten, jotka vaativat Gadafin ja hänen hallituksensa eroamista, koska filosofi Bernard-Henri Levy sai hänet vakuuttuneeksi siitä, että Ranska osallistuisi aktiivisesti Libyan johtajan Muammar Gaddafin joukkoja vastaan. Nicolas Sarkozy toivotti 10. maaliskuuta 2011 Elyseyn palatsissa tervetulleeksi kolme Libyan kansallisen siirtymäneuvoston lähettiläätä, jotka Bernard-Henri Levy toi hänelle kokouksessa välittäjänä. Nicolas Sarkozy lupasi, että Gaddafin lentokoneille asetetaan lentokieltoalue. Hän lupasi myös Ranskan sotilaallista apua. Yhdistyneiden Kansakuntien turvallisuusneuvosto hyväksyi 17. maaliskuuta 2011 Ranskan pyynnöstä päätöslauselman 1973, jossa sallitaan lentokieltoalueen luominen Libyan yllä ja "tarvittavien toimenpiteiden" toteuttaminen maan siviiliväestön suojelemiseksi. Nicolas Sarkozy ilmoitti 19. maaliskuuta 2011 virallisesti Libyan sotilaallisen intervention aloittamisesta.
, jossa osallistuu myös Ranska. Nicolas Sarkozyn nämä toimet saivat suotuisan vastaanoton suurimmasta osasta Ranskan poliittista luokkaa ja yleistä mielipidettä.