为了夺取地中海的制海权和破坏轴心国的海上运输，同盟国开始向地中海区域调集庞大的海空军兵力。到1942年10月，英国在地中海的海军力量迅速增长，达到了不可预料的程度，其舰艇比半年前增加近1倍，总数达114艘，其中战列舰3艘、航空母舰4艘、巡洋舰14艘、驱逐舰63艘、潜艇30艘。而意大利的舰艇仅增加10艘，共计78艘，各类舰艇比半年前只增加2～3艘。此时，英国的兵力占有绝对的优势。
美国航空兵介入地中海战区，使英国能够充分利用航空母舰的战斗机支援海上作战大大提高了作战效率，并为马耳他岛运送飞机。10月11日，德、意空军再次对马耳他岛发起猛烈攻势，企图一举消灭该岛的空军力量。但由于同盟国强有力的补充，岛上空军力量大大加强（作战飞机从5月份的23架增加到9月份的169架），轴心国不得不于1周后放弃了这一企图。这时，德国海军的基本兵力已集中在大西洋和北极圈区域，困难地对付同盟国的护航运输船队。在地中海战区，德军只留下15艘潜艇，1943年1月后，潜艇继续减少，轴心国主要依靠加强空军与同盟国对峙。但是，由于德国必须兼顾大西洋及东线战事，同盟国在地中海战区的空军增长速度要大大超过对方，到1943年初，盟军飞机已达3000架；轴心国仅有1700余架。
这样，随着马耳他岛海空军战斗力的逐步恢复，该战区同盟国空军不断增强和德意军不断削弱，轴心国的航运损失急剧上升，10月份损失率已达44%。运给隆美尔的3.2万吨的补给品，只运到2万吨；对隆美尔军队至关重要的油料，装载上船1万吨，但仅有4000吨抵达北非。德意非洲集团军处于弹尽粮绝、油料匮乏的困境，而英国第8集团军则得到充足的兵力、装备及物资补给。在两军实力悬殊的情况下，英军向北非德意军发动了阿拉曼战役。战役开始3天后，10月26日，隆美尔寄予极大希望的一支运载汽油和弹药的护航船队被盟军海空军消灭，这对非洲军是一次沉重的打击使非洲军再没有得到充分的补给。没有汽油，隆美尔便无法有效利用装甲部队实施他所擅长的装甲机动战。他不得不多次放弃反击，距胜利越走越远。
就在蒙哥马利率部向西追击隆美尔溃军之际，盟军于11月8日出其不意地实施北非“火炬”登陆战役，获得成功再度挫败了轴心国的士气。11月11日，希特勒下令“抢在敌军从阿尔及尔进入突尼斯之前建立突尼斯桥头堡”。3个德国师和2个意大利师奉命担负此项任务。为这些部队提供后勤补给的重担理所当然地落在已经不堪重负的意大利海军肩上。此时的意大利海军也只好决一死战。
在此之前，意大利海军总部曾向其最高统帅部说明，由于盟军海军力量的急剧增强，除了已在进行中的对利比亚的补给外，意海军再不能承担任何大规模的海上支援活动了。鉴于盟军突然登陆北非，突尼斯岌岌可危，意海军便建议放弃对的黎波里塔尼亚的船运补给，全力增援突尼斯守军。因为突尼斯对轴心国具有更大的战略价值：它是地中海的门户，也是未来向非洲发动反攻的桥头堡。可是希特勒却坚决不允许利比亚的隆美尔军队实行战略撤退。这样，意海军便被迫承担它力所不及的任务——同时为的黎波里塔尼亚和突尼斯两个地区提供补给。
11月12日下午，第一支意大利船队顺利抵达突尼斯比塞大港。该船队由2艘运输舰和5艘驱逐舰编成，装载1000名意军和1800吨的军事装备。为了保障补给的胜利，意海军立即在突尼斯设立指挥部，由此开始了海上补给战的最后阶段。在该阶段，德意军完全丧失地中海制海权。
在盟军主力尚未进入突尼斯之前、英军仍致力于对利比亚提供补给之机（一支从亚历山大港出发的英船队于11月19日安抵马耳他岛），意海军在11月为先行空运抵达突尼斯的5个师运去的油料、坦克、火炮等补品达3万余吨，另运去部队1.3万余人。德意军依靠这些兵员、装备的增援，彻底粉碎了盟军企图迅速夺取突尼斯和比塞大。
与此同时，德、意潜艇在北非沿海也异常活跃，有力地打击同盟国的航运。11月10日，同盟国1艘运煤船和1艘驱逐舰被德潜艇击沉。次日，又有4艘运输船被击沉。自11月中旬起，德国海军组织力量从海上封锁北非的大西洋沿岸地区：在直布罗陀以西展开了25艘潜艇，主要任务是切断同盟国对已上岸的登陆部队的供应。此外，德军还在西西里岛至突尼斯海岸之间紧锣密鼓设置两道平行的长120海里的水雷障碍。尽管采取了上述措施，对盟军的地中海航运并未产生严重影响，截至12月份，盟军在地中海仅损失16艘运输船。而轴心国实力已是强弩之末，不攻自破。
随着昔兰尼加落入英军之手，通往马耳他的交通线畅通无阻，该岛被围困的局势终于打破。英军再次投入大量兵力物力，加强该岛的作战力量，不仅增加了岛上的潜艇和飞机数量，而且开始派驻水面舰艇力量。从1942年12月起，第15巡洋舰分舰队（3艘）、舰队驱逐舰“K”编队（4艘）和第10潜艇区舰队（12艘），开始在那里驻泊。除担任突击任务的巡洋舰和驱逐舰外，在马耳他岛还编组了若干近海舰艇区舰队，它们由炮艇、鱼雷艇和其他小型舰艇组成大力加强了马耳他岛的防御力和战斗力。
另一支由巡洋舰和驱逐舰编成的Q舰队，于11月13日进驻阿尔及利亚的波尼港，这给负责向突尼斯守军运送补给的意大利海军以致命的打击。波尼是通向比塞大和西西里海峡的前进据点，在战略上控制着撒丁岛以南的水域。它和马耳他岛一道成为盟军手中用以对付西西里海峡的一把钳子。在这种态势下，轴心国对非洲的海上补给线实际处于瘫痪状态。非洲的轴心国部队已经奄奄一息。
盟军的注意力很快便从利比亚补给线转向西西里海峡。马耳他岛的空军部队对该海峡施行一天24小时的空中巡逻，以配合同盟国海军阻止轴心国向突尼斯运送援兵，为彻底消灭德、意非洲集团军创造良好条件。
12月1日夜，驻波尼的英国Q舰队出航，首次袭击一支意大利护航运输船队。这支船队的4艘运输船满载2000名官兵和数十辆坦克及弹药，在5艘驱逐舰的护卫下向突尼斯驶去。Q舰队（3艘轻巡洋舰和2艘舰队驱逐舰）依靠优势雷达和舰炮，迅速击沉3艘意大利护航驱逐舰，并重创1艘驱逐舰。惟一辜负遇难的意大利驱逐舰见势不妙，痛下恨心丢掉运输船队仓皇逃走。意大利船队则遭到英国Q舰队的猛烈攻击，无一幸免。英舰则完好无损。
与此同时，在波尼以北的西西里西面，1艘满载突尼斯守军急需的燃料的意大利油轮被来自马耳他岛的舰队航空兵发现，顷刻间被鱼雷机击中葬身海底。在随后的两个夜晚，又有4艘意大利舰船被同盟国海、空军击毁，其中包括为轴心国船运屡建战功的意大利驱逐舰“卢波”号。
意大利人在夜间进行的航运没有取得成功，便改变了战术：白天在战斗机的掩护下渡过西西里海峡。同时，为了免遭英国海军水面作战舰队的攻击，意大利人于11月底开始敷设两条水雷防线。该防线从比塞大和突尼斯市向前延伸横贯西西里海峡，长达80海里，仅留下一道狭窄的航运通道，形成了一道有力的掩护屏障。
盟军不久便了解到意大利船队通过的这道宽约50海里的走廊的情况，于是，他们利用马耳他岛和波尼港的卜雷舰，在日落时快速驶进走廊卜雷，天亮前离开。意大利舰船在通过这条走廊付出沉重代价之后才发现，在埃加迪群岛和突尼斯诸基地之间，只剩下一条长达40海里的“胡同”，其宽度不超过1海里。要护送一支混合编成的庞大船队通过一条1海里宽40海里长而没有航标的水道，外加隆冬时节雾雹相交，海浪汹涌和盟军的空袭，必定困难重重。这样，意海军白天航运的计划也告失败，不得不改道航行。
1942年12月，意大利海军和商船队竭尽全力向其北非部队提供补给，不惜重大代价，运载的货物总吨位达到最高水平——21.2万余吨。但是，其中至少有6.8万吨被盟军击沉，1.5万吨受到损坏，损失率达40%。其中运往利比亚的物资损失率达52%，运往突尼斯的物资损失率也有23%。11月至12月份，盟军在地中海击沉德国和意大利的船舶为106艘，总吨位达17.79万余吨。使德国和意大利的补给宣告失败。
盟军占领阿尔及利亚机场之后，1943年1月，美国斯帕茨将军率美军第12航空队也迅速加入了地中海作战。他们高速低空轰炸的作战技能，给予意大利海军以沉重打击。至此，盟军在地中海战区已取得决定性的空中优势，作战飞机既可以击沉海上的轴心国船舶，也能对港口和港湾内的敌船进行狂轰滥炸。仅1月份，同盟国空军就出动飞机3000多架次，对港口和公海上的敌国船舶实施突击。该月，轴心国共出动51艘货船驶往北非，其中11艘被潜艇击沉，4艘被水面舰艇击沉，2艘触上水雷，7艘被飞机炸沉，还有7艘在盟军的空袭下遭重创，损失率高达55%。意大利人懊丧地将通往突尼斯的航线称为“死亡线”。
到1942年年底，突尼斯的德意军只能依靠抢运来的补给和有利的冬季雨天，暂时迟滞了盟军的推进。利比亚的隆美尔军队却处于弹尽粮绝，气息奄奄的境地，该军每月至少需要8万吨的补给，但在12月只得到2.4万吨，最终不得不放弃的黎波里塔尼亚，于1943年2月中旬退至突尼斯马雷斯防线，抱着不畏牺牲的信念据守着这个突尼斯的门户。
盟军从3月恢复攻势后，决定首先拔掉马雷斯防线这个钉子。其间，盟军海、空军再度发挥巨大的优势，狠狠打击敌补给线及运输力量。到3月，盟军已拥有大量美国4引擎轰炸机，可以有效地在白天对西西里岛以及意大利和希腊其他滨海地域的运输船只装载点和护航运输船队编组点进行大规模轰炸。一次袭击中，22架美国“空中堡垒”式飞机将西西里巴勒莫港的4艘运输船击毁。4月10日，美国轰炸机对停泊在撒丁岛拉马达累纳港的意大利最后2艘重型巡洋舰发起猛然攻击，击沉“的里雅斯特”号巡洋舰，击毁“戈里齐亚”号。取得了重大进展。
同盟国空军实施的一系列轰炸，大大削弱了意大利的护航力量。1943年第1季度，意大利用于突尼斯航线护航的军舰每日未超过10艘，在2月底减至5艘数量急剧下降。以后，剩余的护航军舰几乎没有进港休息的机会，一直在西西里海峡来回游荡，每月出勤时间高达二十七、八天之多。船员极度疲劳，护航能力降低。2月间，轴心国派往突尼斯34艘运输船，仅有20艘抵达。在3月，44艘运输船被盟军击毁击沉达23艘。
在突尼斯战役初期，轴心国在海上交通线上的平均损失率为25%～30%，到4、5月这最后2个月的损失则尤为严重，高达50%甚至50%以上。至此，轴心国与其突尼斯守军之间的交通线实际上已被切断想继续进行补给是天方夜谭。在这种情况下，德、意非洲集团军群司令阿尼姆上将向希特勒报告了他缺粮少油料的处境。凯塞林元帅也建议放弃突尼斯，将残存部队撤回本土保存实力，但是遭到希特勒的断然拒绝。这意味着轴心国的陆、海、空军要继续在非洲作无谓的牺牲。
为了鼓舞士气，支援突尼斯守军，轴心国统帅部利用所有可供使用的驱逐舰、鱼雷艇以及运输船向突尼斯运送兵员及补给。4月，被盟军击沉击伤的补给船高在60%。就在4月的最后一天，3艘意大利驱逐舰载运军队900人，也没有逃脱厄运葬身于大海之中。到4月底，在美国战斗机的有效拦截下，轴心国的空运也停止了活动。轴心国不甘心失败，于5月3日夜派出1艘8000吨的大型货船，满载弹药、炸弹和地雷，在1艘鱼雷艇的护卫下向突尼斯驶去。它们在邦角附近被3艘来自马耳他的英国驱逐舰击沉。在没有得到有效补给的突尼斯守军，情况万分紧急。
5月7日，盟军成功占领德意军队在北非的最后供应基地——突尼斯港和比塞大港。德意非洲集团军群残部撤往突尼斯北部的邦角，并向总部报告没有能力再接受船运补给。然而，希特勒仍要求派船增援。当晚，最后3艘德国货船向邦角驶去。它们平安渡过西西里海峡后却找不到可以靠岸卸货的港口，徘徊犹豫之际被盟军飞机炸成碎片，碎片漂在整个海面上异常壮观。
在突尼斯战役的最后阶段，盟军统帅部预料敌人将会通过海路或空运从邦角撤走，于是，同盟国海、空军在德意军交通线上的作战活动顺势发展成为对海岸的封锁，旨在将轴心国军队全歼在非洲大陆上。为此，护航运输船队暂时停止开往马耳他岛，也不在近海区内活动，全部兵力集中封锁突尼斯的敌军。在这里盟军进行了首次逼近的严密封锁，参加封锁行动的驱逐舰、鱼雷艇和小型舰艇在邦角附近分两线成半圆形展开。炮舰则向集中在邦角半岛的轴心国军队开火，并有效牵制向实施封锁的舰艇射击的敌炮兵。盟军轰炸机和战斗机对舰艇实施支援和掩护，歼灭机场和空中的敌机，阻止轴心同残余部队乘运输机撤走。这一封锁行动，粉碎了轴心国军队妄想从突尼斯撤走的一切不能性。除数百人乘夜暗搭乘小型舰艇逃到西西里岛之外，5月13日，近30万人的轴心国部队向盟军缴械投降，至此，非洲战争胜利结束。
随着整个北非海岸控制在盟军之手，同盟国船运在地中海畅通无阻。这时德国潜艇没有能力进行大规模的攻击，只能在暗中活动，而且其数量和威胁都是微不足道的，并在逐渐减少。德国空军有时也袭击同盟国海军，骚扰它在地中海的航运。