Bitwa Ciężkie walki o kontrolę nad miastem rozpoczęły się 9 września, czyli dzień przed wygaśnięciem ultimatum. Powstańcy powiedzieli, że zajęli miasto wieczorem.. W wyniku walk powstańcy zabili oraz wzięli do niewoli kilku żołnierzy. 10 września NATO dokonało co najmniej 5 nalotów w rejonie Bani Walid., gdzie trwały wciąż walki powstańców z siłami Kaddafiego. Żołnierze broni pozycji na północy i zachodzie miasta, także stanowisk snajperskich na budynkach. W Bani Walid walki trwały także dzień później. Część mieszkańców uciekła z miasta., ponadto przymusowo ewakuowano setki cywilów. Miasta bronił garnizon 1200 lojalistów, w tym 200 snajperów.
16 września powstańcy weszli do miasta, jednak nadal toczono ciężkie walki, gdyż siły Kaddafiego postawiły silny opór. Wieczorem Narodowa Armia Wyzwoleńcza została zmuszona do wycofania się z miasta. 18 września oddziały Narodowej Armii Wyzwoleńczej poruszające się pojazdami pick-up zaatakowały ponownie Bani Walid, jednak po chaotycznych walkach wycofały się. 19 września dwa tureckie samoloty Lockheed C-130 Hercules zrzuciły pomoc humanitarną dla mieszkańcom Bani Walid. Jedna maszyna została ostrzelana podczas przelotu nad miastem. W czasie walk lojaliści wykorzystywali cywilów jako żywe tarcze.