Главная роль в операции НАТО против Ливии отведена военно-воздушным и военно-морским силам. Уже задействовано около 100 самолетов коалиции. Основу группировки составили США (42 истребителя F-16 на базе "Авиано" в Италии, системы дальнего радиолокационного обнаружения и управления AWACS, бомбардировщики B-2) и Франция (более 20 истребителей Mirage и Rafale с базы на Корсике и AWACS). Великобритания предоставила истребители Tornado и Eurofighter Typhoon c баз в Норфолке и Линкольншире. Италия разместила на сицилийской авиабазе "Трапани" истребители Tornado и Eurofighter Typhoon. На Сицилии также находится шесть истребителей F-16 Дании, Норвегия отправила туда персонал и готовится к переброске шести истребителей. На базу в Дечимоманну на Сардинии прибыли три истребителя F-18 и самолет-заправщик Испании. На авиабазе "Араксос" в Греции находится восемь F-16 Бельгии. Самолеты предоставили также Катар и Саудовская Аравия.
Военно-морская группировка у берегов Ливии вскоре достигнет трех десятков кораблей. США представлены тремя подлодками (Florida, Scranton и Providence), двумя десантными кораблями (Kearsarge и Ponce), командным кораблем Mount Whitney, эсминцами Stout и Barry, несколькими кораблями сопровождения. К берегам Ливии движется десантный корабль Bataan, а в Красном море находится атомный авианосец Enterprise. Франция направила к Ливии авианосец Charles de Gaulle (в сопровождающую группу входят также три фрегата и атомная подлодка) и десантные корабли Mistral и Tonnerre. Здесь же находятся британские фрегаты Cumberland и Westminster, канадский фрегат Charlottetown, итальянские авианосцы Giuseppe Garibaldi и Cavour. Сухопутная операция пока не планируется, однако американские и французские десантные корабли могут разместить около 4 тыс. морских пехотинцев и бронетехнику. Тыловую поддержку операции обещали оказывать Нидерланды, Швеция, Греция, Саудовская Аравия, ОАЭ и Катар.
До начала беспорядков в вооруженных силах Ливии насчитывалось 76 тыс. человек, значительная часть из них дезертировала или перешла на сторону повстанцев. На вооружении находилось около 800 танков, в том числе до 200 модернизированных Т-72, примерно по 1 тыс. БМП и БТР, более 2 тыс. единиц артиллерии. По некоторым данным, лояльность Каддафи сохраняют до 12 тыс. солдат спецподразделений и более 2 тыс. африканских наемников. В ВВС числилось около 400 самолетов, однако реально выполнять боевые задачи могут около двух десятков устаревших советских МиГ-23, Су-24 и французских Mirage. Силы ПВО располагали ЗРК С-75, С-125 и С-200ВЭ, закупленными в СССР в 1970-80-х годах. В ВМС входило около двух десятков кораблей и катеров, а также две подлодки. Из-за международных санкций ливийская военная инфраструктура и техника находятся в плохом состоянии, модернизация последних лет коснулась лишь части бронетанковых сил и ВВС.
Оценка численности вооруженных повстанцев разнится в диапазоне от 1 тыс. до 5 тыс. человек. Они вооружены стрелковым оружием и незначительным числом трофейной бронетехники.