В 1963 году на встрече трех подпольных групп из Себхи, Триполи, Мисураты было решено создать нелегальную организацию, включающую два крыла — военное и гражданское. Члены первой группы, которую возглавил Муаммар Каддафи, уехали в Бенгази для поступления в военный колледж. Участники второй поступили в различные высшие учебные заведения.
Учился Каддафи блестяще и по праву считался одним из самых перспективных курсантов. О том, что курсант-отличник является главой тайной антимонархистской организации, никто из его начальников не догадывался и даже не мог этого предположить.
В 1964 году у селения Тельмейта под Бенгази, состоялся первый съезд организации. По предложению Каддафи, ее девизом стал выдвинутый египетской революцией 1952 года лозунг "Свобода, социализм, единство!" Группа молодых, революционно настроенных военных стала называться "Организация свободных офицеров юнионистов-социалистов". Её членам запрещалось играть в карты, пить вино, посещать увеселительные заведения, предписывалось строго соблюдать все религиозные обряды. Центральному комитету было поручено начать подготовку вооружённого восстания.
После окончания военного колледжа курсанты-заговорщики были направлены в войска для дальнейшего прохождения службы. И фактически уже в 1966 году начался новый этап подготовки к революционному выступлению.
Влияние офицеров-подпольщиков быстро росло. Их личная порядочность, честность и непритворная забота о простых людях сделали их авторитетными командирами, которым безгранично доверяли солдаты. Очень скоро большая часть армейских соединений находилась под влиянием "Организации офицеров". Июньская война с Израилем 1967 года стала настоящим катализатором революции. Поражение арабов в этой войне, вызвавшее во всем арабском мире спонтанный прилив патриотических настроений и националистических эмоций, имело широкий общественный резонанс и в Ливии. Патриотические чувства военнослужащих, особенно офицеров, были оскорблены тем, что монархическое правительство Ливии под давлением США не приняло участие в отражении израильской агрессии и уклонилось от помощи Египту.
После этого подготовка к свержению дискредитировавшего себя монарха перешла в активную фазу. Но потребовалось ещё два года, чтобы окончательно подготовить революцию.
Несколько раз вооруженное выступление отменялось. Каддафи, ставший к этому моменту уже капитаном, слишком хорошо понимал, какую цену придётся заплатить за недостаточную подготовку.
К этому моменту Ливия превратилась в едва ли не главный опорный центр НАТО на Средиземноморье. Здесь были размещены военные базы Италии, Англии и самая большая в регионе база ВВС США. Под защитой этих иностранных штыков король чувствовал себя вполне уверенно, считая, что при любой угрозе его власти Америка и Англия немедленно поддержат короля как гаранта иностранного военного присутствия в Ливии.
Руководство "свободных офицеров" назначило вооруженное восстание на 1 сентября.
Ранним утром 1 сентября 1969 года части верные ОСОЮС под руководством созданного Совета революционного командования (СРК) в составе 12 офицеров во главе с капитаном Каддафи одновременно начали выступления в Бенгази, Триполи и других городах страны. Они быстро установили контроль над основными государственными и военными объектами. Все подъезды к американским базам были заранее блокированы.
В этот же день Муаммар Каддафи, выступив по радио, объявил о свержении монархии в стране.
— Революция, — заявил он, — будет руководствоваться принципами свободы, единства, социальной справедливости и равноправия всех граждан.
Вскоре после этого 27-летний Муаммар Каддафи был единогласно объявлен руководителем революции и председателем СРК. Тогда же ему было присвоено звание полковника, которое он с гордостью носит по сей день.
А уже 7 октября 1969 года на 24-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН постоянный представитель Ливии заявил о намерении ливийцев ликвидировать на своей земле все иностранные базы. Вслед за этим ливийское руководство информировало послов США и Англии о расторжении соответствующих договоров. Почти одновременно началось наступление и на позиции иностранного капитала в экономике страны.
28 марта 1970 года была закрыта военная база Англии, 11 июня этого же года Ливию покинул последний американский военный и 7 октября закрыта итальянская база.
11 декабря 1969 года была опубликована Временная конституция. Ислам был объявлен официальной государственной религией. Одной из главных целей революции провозглашалось построение социализма, основанного на "религии, морали и патриотизме". Добиться этого Каддафи и его соратники намеревались путем "обеспечения социальной справедливости, высокого уровня производства, ликвидации всех форм эксплуатации и справедливого распределения национальных богатств".