Подготовительный этап операции «Рассвет русалки» начался еще в мае, когда стало понятно, что уничтожить Муаммара Каддафи крылатыми ракетами не удалось: два раза подряд в одном и том же месте полковник не ночевал. Под видом мирных жителей в Триполи начали забрасывать боевиков. Их готовили в Бенгази британские спецназовцы и сотрудники службы внешней разведки МИ-6. Скромно одетые рыбаки занимали пустующие квартиры или платили символическую плату за аренду. Группы боевиков оборудовали нелегальные склады, явки и даже тюрьмы.
Им переправляли специальные средства связи, оружие и амуницию – все это накапливалось на тайных складах буквально тоннами. Планировалось, что по сигналу о начале штурма боевики выступят одновременно, забаррикадируют основные транспортные развязки и займут ключевые перекрестки. В Мисурате отрабатывал боевое взаимодействие с отрядами местных восставших племен британский спецназ SAS и бойцы специальных сил французской жандармерии GIGN. В Западных горах под руководством Бельхаджа и опытных инструкторов пять тысяч боевиков изучали технику уничтожения танков, тактику ведения уличного боя и методы зачистки зданий от живой силы противника.
Операция «Рассвет русалки» началась вечером в субботу, 20 августа. Сигналом послужила трансляция видеообращения катарским спутниковым ТВ-каналом, вещавшим на Ливию. Представитель ПНС произнес в эфире заранее условленную фразу. По команде скрывающиеся до этого боевики собрались в группы, вышли с оружием в руках на улицы, организовали блок-посты и взяли под контроль необходимые для успешного "thunder run" – прорыва с боем, перекрестки столицы.
Массированный удар авиации НАТО по 120-ти заранее намеченным целям был одной из основных частей плана. Многие сотрудники западных средств массовой информации оказались на самом деле разведчиками, определяющими первоочередные объекты для ракетных и бомбовых атак. Американские беспилотники и британские спецназовцы оперативно корректировали авиаудары. В ночь на воскресенье, 21 августа, самолёты коалиции вылетали на боевое задание 46 раз .
С разных сторон Триполи атаковали более дюжины различных отрядов повстанцев. Командиром самых крупных и хорошо организованных катиб оказался Бельхадж. Его отряды береберов шли на Триполи со стороны суши. Считалось, что с этой стороны столица Ливии надежно защищена верными правительству войсками. Но один из приближенных полковника Каддафи, командующий бригадой обороны города, оказался предателем. Его батальоны сдавали позиции без боя. Двух начальников секторов обороны и около 70-ти офицеров среднего звена противники Каддафи тоже подкупили, на их участках боевики Бельхаджа входили в город как горячий нож в масло.
Основное наступление шло со стороны моря, где натовская авиация заранее перемолола военные объекты ливийцев в груды щебня. С французских катеров высадился десант из Мисураты. В районе аэропорта разгорелся ночной бой, но атаки повстанцев на этом направлении отбили. В захваченных городских кварталах некоторые катибы повстанцев устроили такую резню, что начал нервничать даже глава ПНС. Местным жителям, которые и не думали ни с кем воевать, пришлось отстреливаться из автоматов, которые раздавали со складов всем, кто хотел принять участие в обороне столицы.
В воскресенье вечером элитные танковые части под командованием Хамиса, срочно прибывшие из района других боевых действий, выбили повстанцев из части города на подходе к правительственным кварталам.
В процессе подготовки к операции из приехавших повоевать против Каддафи ливийских эмигрантов для съемки «живых» репортажей организовали группу артистов.
Участие этих «героев» в штурме Триполи освещал специальный корреспондент британского агентства «Рейтерс» в бронежилете, но без каски. Он сопровождал живыми комментариями ведение боевых действий на окраине города. Группа из восьми похожих на повстанцев лиц для начала совершила короткую, совсем непохожую на боевую, пробежку толпой. Затем артисты вели огонь из автоматов Калашникова по воображаемому врагу вдоль улицы из-за угла дома, не глядя и не целясь, но одновременно давали короткие победные интервью.