法国沦陷后，墨索里尼按捺不住侵略地中海地区的野心，派遣鲁道夫·格拉齐亚尼元帅向东进攻埃及的英国军队。前期攻占了埃及边境的一些地方，但意大利军队的实力与其野心不相匹配。1940年12月10日，理查德·奥康纳中将率领英国3.1万的西部沙漠军队将意大利军队击败，使其撤出埃及。在澳大利亚军队来援后，西部沙漠军队继续进攻。1941年1月21日，英国军队攻克利比亚北部的托布鲁克港，并于2月7日迫使意大利军队投降（英军俘虏13万士兵，缴获400辆坦克和1290门火炮）。
理查德·奥康纳中将
看着势如破竹的英国西部沙漠军队，希特勒不得不再次出手帮助墨索里尼。1941年2月6日，希特勒任命埃尔温·隆美尔将军（纳粹德国三大名将之一）为“德军非洲军”军长，派遣他率领其新组建的非洲军团（前期只有第五轻装师和第十五装甲师部队）赶往黎波里援救一败涂地的意大利军队。
埃尔温·隆美尔
2月16日，隆美尔正式接管了前线的指挥权。3月15日，他利用英军调防、轻敌的有利时机，果断采取大胆行动，将德军和意军组成混合纵队，从塞尔提向穆尔祖赫发起进攻，迅速向南挺进了450英里，此战给英军以意外的打击。3月24日，他又指挥部队攻占了艾阿格海拉地区的要塞、水源和机场，占领了马萨布莱加，把英军逼到阿吉达比亚地区，并于4月2日攻占了阿吉达比亚。
作战示意图
“将在外君命有所不受”，隆美尔不顾意大利最高统帅部的阻止，继续发动进攻，经过艰苦战斗于4月9日攻陷了梅基利并俘虏英军指挥官帕里将军，整个巴尔赛高原落入轴心国军队之手。英军只剩下了一支被围困在托布鲁克的部队。隆美尔的进攻使英军损失惨重，并俘虏奥康纳将军（率领西部沙漠军队击败意大利军队的中将）。
英国军队的指挥官阿齐博尔德·珀西瓦尔·韦维尔将军决定守卫托布鲁克，其他英军撤回埃及重新进行部署。第九澳大利亚师负责防守托布鲁克，后来第七骑兵团的一个旅和第十八骑兵团赶来增援。第九澳大利亚师指挥官莱斯里·莫希德（Leslie Morshead）少将对手下说：“我们绝不能重蹈敦刻尔克的覆辙。如果我们必须离开，那我们就杀出一条血路，绝不投降，绝不撤退！”
阿齐博尔德·珀西瓦尔·韦维尔将军
4月10日，隆美尔抵达托布鲁克，派分遣队猛攻，却被强大的火力击退,分遣队指挥官被击毙。三个晚上之后，德军再次被击退。德军和盟军围绕“托布鲁克”开始了长达242天的围城战。从那时起，防守托布鲁克的22000名盟军不得不依靠海运供给物资装备，而德军的前沿阵地只能依赖通往黎波里的漫长补给线来补给。
盟军不断地派遣军队前来救援托布鲁克，并积极采取行动以解“托布鲁克之围”。1941年5月15日，隆美尔挫败英军的"短促行动"。6月15日，他又重创英军的"战斧行动"（英军损失91辆坦克）。在接下来的时间里，德国装甲部队多次发动进攻，但均被击退。12月4日，因不敌英军的进攻，德军撤回到托布鲁克以西。12月16日，因缺乏补给等原因，隆美尔率领德军主动撤离昔兰尼加半岛，并于1942年1月2日撤回布雷加。
“托布鲁克之围”是德国陆军第二次世界大战期间第一次败仗，这向世界表明德军的“闪电战”并非不可战胜。托布鲁克保卫战的胜利，极大地鼓舞了盟军的士气，也使得第一次世界大战时期德国的盟友土耳其（原奥斯曼帝国）拒绝参战。导致希特勒不能利用土耳其作为进攻苏联的南部跳板，发起进攻苏联的时间至少推迟了一个月。
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