Первая попытка штурма (15 —18 сентября)
15 сентября войска ПНС (отряд «Тувар Мисрата», то есть «революционеры Мисураты») вышли к западным окраинам Сирта, пересекли мост Эль-Гарбият и с ходу предприняли штурм города. Осажденные войска Каддафи оказали ожесточенное сопротивление, в результате чего штурм провалился. Тем не менее, войска ПНС сумели закрепиться на западных окраинах Сирта.
17 сентября на восточном фронте отряды ПНС сумели овладеть поселком Харава.
Вторая попытка штурма (19 —23 сентября)
19 сентября войска Западного фронта ПНС предприняли вторую попытку штурма Сирта, не давшую значительных результатов. Войска Восточного фронта ПНС захватили посёлок Эс-Султан в 50 км восточнее Сирта. Ближе к вечеру войска ПНС достигли восточного въезда в Сирт, но были вынуждены отступить вследствие отсутствия боеприпасов и снабжения.
23 сентября войска Восточного фронта ПНС повторно взяли под свой контроль восточный въезд в Сирт, после чего продвинулись на запад ещё на 10 километров.
Третья попытка штурма (24 —30 сентября)
24 -25 сентября войска Западного фронта ПНС возобновили штурм Сирта, в результате чего захватили район Заафран в 1 км от центра города. Однако, из-за высоких потерь войска ПНС были вынуждены отступить из центра города.
26 сентября войска Восточного фронта ПНС вошли в восточные пригороды Сирта, где завязались уличные бои.
27 сентября войска Восточного фронта ПНС захватили порт Сирта. В этот же день из-за контратак войск Каддафи отрядам ПНС пришлось отступить из комплекса Угадугу.
28 сентября войска Западного фронта ПНС с южного направления захватили аэропорт Сирта, который ранее использовался силами Каддафи как позиция для ракетного и артиллерийского обстрела наступавших.
Объединение войск ПНС (1—6 октября)
1-3 октября войска Восточного фронта ПНС соединились с западной группировкой, после чего продолжили наступление на Сирт с южного направления. Плацдармом для наступления стал район «Сиртского кольца», находящийся на пересечении южных и восточных дорог от города. Войскам ПНС удалось отсечь группировку войск Каддафи в районе Каср-абу-Хади от основных сил и полностью окружить город. Также войска ПНС захватили штаб батальона Саади Каддафи. После ожесточенных боев войска ПНС взяли под свой контроль район Каср-абу-Хади, где родился полковник Каддафи.
4 -5 октября в Сирте шли уличные бои, постепенно перемещавшиеся к центру города.
6 октября войска Каддафи предприняли контратаку, которая была отбита войсками ПНС. В этот же день войска ПНС заняли гостиницу эль-Гардабия, боевые действия переместились в район домов возле побережья.