През 1911 г. той се явява като доброволец в Итало-турската война в османския Триполитански вилает (днешна Либия). Служи предимно в районите край Дерна и Тобрук. Нахлулата италианска армия има жива сила от 150 000 души; на нея се противопоставят 20 000 бедуини и 8000 турци. Малко преди Италия да обяви война, много от османските войски в Либия са изпратени в османската провинция Йеменски вилает, за да потушат бунта там, така че османското правителство е хванато с неадекватни ресурси за противодействие на италианците в Либия. Великобритания, която контролира османските провинции Египет и Судан, не позволява на допълнителни османски войски да достигнат Либия през Египет. Османски войници като Мустафа Кемал отиват в Либия, облечени като араби (рискувайки да бъдат затворени, ако бъдат забелязани от британските власти в Египет), или от много малкото налични фериботи (италианците, които имат превъзходни морски сили, ефективно контролират морските пътища до Триполи). Въпреки всички трудности, силите на Мустафа Кемал в Либия успяват да отблъснат италианците няколко пъти, например в битката при Тобрук на 22 декември 1911 г.
По време на битката при Дерна на 16 – 17 януари 1912 г., докато Мустафа Кемал напада италианската крепост Каср-Харун, два италиански самолета хвърлят бомби върху османските сили; варовиково парченце от отломки на сградата удрят лявото око на Мустафа Кемал, причинявайки трайно увреждане на тъканите, но не и пълна загуба на зрението. Той получава медицинско лечение близо месец; опитва се да напусне здравните заведения на Червения полумесец само след две седмици, но когато положението на окото му се влошава, се налага да се върне и да възобнови лечението. На 6 март 1912 г. Мустафа Кемал става командващ османските сили в Дерна. Той успява да защити и задържи града и околностите му до края на Итало-турската война на 18 октомври 1912 година.
Мустафа Кемал, Енвер бей, Фетхи бей и другите османски военни командири в Либия се налага да се върнат в европейската част на Империята, след избухването на Първата балканска война на 8 октомври 1912 г. След като губи войната, османското правителство трябва да предаде Триполитания, Фезан и Киренайка (три провинции, образуващи днешна Либия) на Кралство Италия в Договора от Лозана (1912 г.), подписан десет дни по-късно, на 18 октомври 1912 г. (от 1923 г. историците предпочитат да назоват този договор като „Договора от Ушѝ“, заради замъка Уши в Лозана, където е подписан, за да се разграничи от по-късния Лозански договор (1923 г.), подписан между Антантата от Първата световна война и Великото национално събрание на Турция, заседаващо в Анкара (по това време известна като Ангора).
По време на битката при Дерна на 16 – 17 януари 1912 г., докато Мустафа Кемал напада италианската крепост Каср-Харун, два италиански самолета хвърлят бомби върху османските сили; варовиково парченце от отломки на сградата удрят лявото око на Мустафа Кемал, причинявайки трайно увреждане на тъканите, но не и пълна загуба на зрението. Той получава медицинско лечение близо месец; опитва се да напусне здравните заведения на Червения полумесец само след две седмици, но когато положението на окото му се влошава, се налага да се върне и да възобнови лечението. На 6 март 1912 г. Мустафа Кемал става командващ османските сили в Дерна. Той успява да защити и задържи града и околностите му до края на Итало-турската война на 18 октомври 1912 година.
Мустафа Кемал, Енвер бей, Фетхи бей и другите османски военни командири в Либия се налага да се върнат в европейската част на Империята, след избухването на Първата балканска война на 8 октомври 1912 г. След като губи войната, османското правителство трябва да предаде Триполитания, Фезан и Киренайка (три провинции, образуващи днешна Либия) на Кралство Италия в Договора от Лозана (1912 г.), подписан десет дни по-късно, на 18 октомври 1912 г. (от 1923 г. историците предпочитат да назоват този договор като „Договора от Ушѝ“, заради замъка Уши в Лозана, където е подписан, за да се разграничи от по-късния Лозански договор (1923 г.), подписан между Антантата от Първата световна война и Великото национално събрание на Турция, заседаващо в Анкара (по това време известна като Ангора).