Vào ngày 28/8/2011, Gaddafi cùng 2 con trai chạy khỏi thủ đô
Khi phiến quân tăng cường oanh tạc Sirte và tiến dần vào trung tâm thành phố, Gaddafi quyết định di chuyển đến khu vực dân cư thưa thớt ở phía tây thành phố này. Để tránh bị phiến quân phát hiện, Gaddafi cùng tùy tùng di chuyển giữa những căn nhà bỏ hoang do chiến tranh, vất vả tìm nguồn thức ăn an toàn nhất. Gaddafi cùng các viên hầu cận lục soát các căn nhà để tìm bánh và gạo còn sót lại ăn uống qua ngày. Do phần lớn các hồ chứa nước đã bị vỡ do trúng đạn pháo nên nước uống cũng vô cùng khó khăn.
"Trong nhiều tuần liền, ông Gaddafi dành phần lớn thời gian để đọc Kinh Koran và cầu nguyện" - Dhao kể. Dhao cho biết, điều kiện khi đó hết sức khó khăn, thông tin liên lạc không có, truyền hình cũng không, hoàn toàn không có gì hết. Thứ duy nhất mà toán người của ông Gaddafi có được là một chiếc điện thoại vệ tinh, và ông Gaddafi đã dùng chiếc điện thoại này để gọi cho những người thân quen có máy truyền hình, để nghe họ thuật lại tin tức sự kiện trong ngày có những gì. Chẳng có việc gì để làm, chỉ lo tìm cái ăn, ăn rồi ngủ và di chuyển, cứ 4 hoặc 5 ngày lại thay đổi chỗ ở một lần để tránh bị phát hiện. Cũng nhằm tránh bị phát hiện, mỗi lần di chuyển như thế, đoàn tùy tùng của ông Gaddafi chỉ sử dụng 1 hoặc 2 chiếc xe, một chở ông Gaddafi và một chở các cận vệ.
Càng ngày, khi việc ẩn náu và điều kiện sinh hoạt ngày càng khó khăn hơn thì ông Gaddafi cũng ngày càng bẳn tính, dễ cáu gắt với mọi người. Ông liên tục la hét và đòi hỏi về thức ăn, nước uống, điện và thông tin liên lạc. Trong khi đó, khu vực ông Gaddafi ẩn náu cũng ngày càng tập trung nhiều tay súng trung thành với ông co cụm về đây cố thủ, vì thế cũng thu hút ngày càng nhiều hỏa lực của phiến quân.
Vậy là Gaddafi lại phải tiếp tục di chuyển. Ngày 19/10/2011, Mutassim mang đến cho ông Gaddafi một kế hoạch chạy trốn táo bạo: họ sẽ phá vòng vây phiến quân để mở đường máu chạy khỏi Sirte. Gaddafi đồng ý ngay. Khuya đêm đó, đoàn tùy tùng của ông Gaddafi gom hết những người dân còn sót lại của khu vực đó, đưa những tay súng bị thương cùng lên xe, tất cả là 50 chiếc xe bán tải loại nhỏ, được trang bị súng máy và súng phòng không.
Theo kế hoạch của Mutassim, đoàn sơ tán sẽ bắt đầu khởi hành từ khoảng 3h30 đến 4h sáng ngày 20/10, nhằm lợi dụng trời tối để lọt qua hàng rào bao vây của phiến quân. Thế nhưng, việc tổ chức thu dọn đoàn người sơ tán lại diễn ra lâu hơn dự kiến, và mãi cho đến hơn 8h sáng hôm sau họ mới có thể khởi hành. Kế hoạch bị hỏng, vì lúc này các tay súng phiến quân đã vào vị trí chiến đấu, rất khó thoát ra, đồng thời nếu có đi được thì đường ra sa mạc giữa ban ngày không một bóng cây chẳng khác nào làm mồi cho máy bay NATO.
Tai hại ở chỗ, thay vì nán lại, ém quân chờ cơ hội đêm đến để đi, ông Gaddafi và con trai lại quyết định đi ngay ban ngày. Do nôn nóng quá chăng? Hay do không muốn mất khí thế tháo chạy? Nhưng 50 xe chở đầy người đâu có ít? Vậy mà đoàn tùy tùng của ông Gaddafi vẫn cứ đi, men theo các khu vực hoang vắng ven biển.
Các tay súng phiến quân phát hiện và tấn công đoàn xe ngay tức thì trên các con phố nhỏ của Sirte. Thế là đoàn xe quay về hướng
Thêm một sai lầm chiến thuật khi đoàn xe của ông Gaddafi tấn công trực diện vào lực lượng phiến quân để rồi sau đó trở thành miếng mồi cho hỏa lực gọng kìm gồm tên lửa trên không của NATO và hỏa lực của phiến quân dưới mặt đất. "Mưa tên lửa" của NATO đã khiến cho một số xe bị bốc cháy, các loại vũ khí, đạn dược trên xe bắt lửa nổ tung tóe. Đoàn xe bị đánh tan tác.
Gaddafi cùng con trai, vị Bộ trưởng Ôk9 chương trình khuyến mãi và một cận vệ trèo ra khỏi xe và chạy trốn vào một căn nhà bỏ hoang, nhưng đã bị các tay súng phiến quân phát hiện và đuổi theo. Gaddafi đầu đội nón cối, mặc áo chống đạn, tay mang một khẩu súng liên thanh tự động, còn một khẩu súng ngắn để trong túi áo. Ông đã sẵn sàng cho một cuộc đấu súng cuối cùng. Xung quanh ông có một số người lo bảo vệ, gồm con trai vị bộ trưởng và các cận vệ. Mutassim dẫn một toán 10 cận vệ tìm cách mở đường chạy thoát, nhưng bị bắt ngay lập tức và bị hành quyết sau đó vài tiếng.
Trong trận đọ súng cuối cùng, căn nhà nơi ông Gaddafi ẩn náu bị dội pháo tới tấp buộc mọi người phải chạy thoát ra ngoài. Họ chạy, ẩn núp sau bức tường các tòa nhà, dãy phố bỏ hoang. Sau đó, Gaddafi cùng toán 10 người chạy băng qua một bãi đất trống để trốn vào một cống thoát nước, nhưng họ đã bị các phiến quân phát hiện. Một cận vệ của ông Gaddafi cố ném nhiều quả lựu đạn về phía các phiến quân, nhưng không may, một quả đã trúng vào vật cản dội trở lại rơi ngay bên cạnh ông Gaddafi. Người cận vệ phải trườn người lên chộp lấy quả lựu đạn đúng lúc nó phát nổ khiến anh ta bị cụt mất một cánh tay, còn ông Gaddafi và ông Bộ trưởng Ôk9 chương trình khuyến mãi cũng bị thương.
Toán phiến quân tràn xuống cửa cống, nơi ông Gaddafi ẩn náu và chúng lôi ông ra, bu quanh ông, đấm đá túi bụi, giật tóc, bứt tai... Sau trận đánh đập dã man đó, ông Gaddafi nằm bất tỉnh như một xác chết. Hai xe cứu thương được đưa đến chở ông Gaddafi đã như cái xác không hồn và những người bị thương khác đến bệnh viện ở Misurata. Hai giờ sau, hình ảnh về cái chết của ông Gaddafi đã lan truyền khắp thế giới. Cho đến nay, vẫn chưa ai biết thủ phạm đích thực đã sát hại ông Gaddafi. Có nghi vấn cho rằng ông Gaddafi chết do trúng tên lửa NATO, hoặc ông chết do bị hành hạ bởi đám phiến quân, cũng có ý kiến nghi ngờ tình báo phương Tây đã bí mật ra tay trước khi phiến quân kịp đến. Tất cả vẫn còn là bí ẩn
