利比亚空军的规模仅次于陆军，包括勤务人员和防空部队在内的总兵力为2.2万人，旗下的150架战斗机、270架轰炸／攻击机、60架后勤支援飞机和90架直升机，以奥卡巴·本·纳菲等13处军用机场为基地。上世纪80年代以来，由于国际制裁及屡遭美国军事打击，利比亚空军的实力显著下滑，但卡扎菲对其的掌控并未随之削弱。
就媒体披露的情况来看，除了两架法制“幻影”F.1战斗机因不愿攻击示威民众而出逃至马耳他外，相当一部分飞机眼下仍在积极参与战斗，对反对派控制的东部地区实施了连续多日的空袭。
相比之下，仅有8000人编制和少数轻型舰艇的利比亚海军，在这次冲突中无甚表现。2月底，在地中海巡逻的意大利舰艇曾发现有利比亚军舰在附近活动，但此后未见更多消息。
因为卡扎菲对正规军向来缺乏信任，重视民兵和外国雇佣兵是利比亚军事的一大特色。历史资料显示，卡扎菲曾先后组建过“泛阿拉伯军团”、“阿拉伯伊斯兰军团”和“人民自卫队”3支大型准军事部队，同时从乍得、尼日尔、毛里塔尼亚等国广招雇佣兵，后者在此次动乱中因滥杀无辜而恶名昭著。
不过，对于这类雇佣军的具体规模，外界一直众说纷纭，“人权观察”组织一位发言人就指出，目击者看到的某些“雇佣兵”，实际上是来自利南部地区的黑人居民，他们为卡扎菲服务主要是基于忠诚而非金钱。
