Генералом Монтгомери была организована широкомасштабная операция по дезориентации противника, получившая название «операция Бертрам». Так, еще в сентябре на северном участке были созданы крупные «склады» под маскировочными сетками, состоявшие из пустых ящиков и коробок. Немцы поначалу восприняли это как признак готовящегося наступления, но, поскольку время шло, а наступления не следовало, стали считать обманным маневром. Между тем, по мере приближения времени наступления, пустые ящики по ночам заменялись полными. На юге начал строиться ложный нефтепровод, что давало двойной эффект обмана противника в отношении как места, так и времени предполагаемого наступления, поскольку немцы считали, что англичане не перейдут в наступление до окончания постройки.
Вечером 23 октября после трехдневной предварительной авиационной и двадцатиминутной артиллерийской подготовки британские войска перешли в наступление. На северном фланге наступали Тринадцатый и Тридцатый корпуса, которым было предписано пробить брешь в немецкой обороне и проделать проходы, достаточные, чтобы через них мог выйти на оперативный простор две бронетанковые дивизии. На юге начали наступление индийская дивизия и две дивизии Тринадцатого корпуса – из них одна бронетанковая. Цель южного удара была вспомогательная – дезориентировать противника относительно направления главного удара и заставить его оттянуть резервы.
Основной прорыв осуществлялся на девятикилометровом участке. Вследствие сравнительно невысокой плотности артиллерии – только пятьдесят орудий на километр фронта – система огня противника не была подавлена, и британским войскам за ночь удалось лишь вклиниться в оборону противника. Прорыв вылился в медленное продавливание оборонительных позиций Роммеля: к 27 октября войска продвинулись лишь на семь километров. К тому же Роммель, только что (26 октября) вернувшийся из Германии, сразу же организовал несколько крупных контрударов. В этой обстановке английское командование приостановило наступление на главном направлении и возобновило его лишь 2 ноября после перегруппировки сил и дополнительной подготовки.
Наступление велось при поддержке корабельной артиллерии и полном господстве в воздухе британской авиации. Однако Восьмой армии вновь не удалось завершить прорыв на направлении главного удара. Во второй половине дня Роммель нанес контрудар силами Пятнадцатой и Двадцать первой танковых дивизий. Контратакующих встретил сильный огонь артиллерии и мощные удары авиации. В районе Тель-Эль-Аккакира произошел ожесточенный танковый бой с выдвинутыми Первой и Десятой бронетанковыми дивизиями англичан. Роммель, осознав опасность полного поражения, начал выводить свои дивизии из боя. Он уже понимал, что отступление неизбежно. Но на следующий день категорический приказ Гитлера заставил его повернуть назад и попытаться любой ценой удержать позиции под Эль-Аламейном.
Но в это время южнее направления главного удара, в полосе Четвертой индийской пехотной дивизии, наметился серьезный прорыв, и уже к утру 4 ноября дивизия продвинулась на восемь километров. 4 ноября в этот прорыв устремились главные силы, обходя правый фланг приморской группировки противника. Сложилась реальная возможность охвата и уничтожения всей приморской группировки итало-немецких войск. Тогда, чтобы спасти немецкие войска, Роммель отдал приказ об отходе из Египта, при этом забрал у итальянцев почти весь автотранспорт, а заодно и все запасы пресной воды. Четыре итальянские пехотные дивизии, то есть более тридцати тысяч человек, брошенные своим союзником, капитулировали.
Победа под Эль-Аламейном была первым значительным успехом британской армии в Африке: она создала перелом в Североафриканской кампании 1940–1943 годов в пользу союзников. Немецко-итальянские войска потеряли в ходе Эль-Аламейнской операции пятьдесят пять тысяч убитыми, ранеными и пленными, триста двадцать танков и около тысячи орудий. В военно-тактическом отношении Эль-Аламейнская операция характеризуется довольно низким темпом прорыва тактической зоны обороны противника, не превышавшим полутора километров в сутки, что не позволило прижать немецко-итальянские войска к побережью. Нерешительный характер носило и преследование, что дало возможность немецкой группировке спастись.