In 2011 hielp Flournoy, toen onderminister van Defensie, president Obama overtuigen om militair in te grijpen in Libië.
, ondanks tegenstand van leden van het Congres en belangrijke adviseurs van het Witte Huis, zoals Joe Biden, vice-president; Tom Donilon, adviseur voor nationale veiligheid; en Robert Gates, minister van Defensie. Flournoy steunde het door de NAVO geleide opleggen van een no-fly zone over Libië om de leider van het verzet, Muammar Gaddafi, te verdrijven, beschuldigd van het bevelen van de moord op demonstranten en het beloven om "de rebellen op te jagen en geen genade te tonen". Flournoy zei dat het opleggen van een no-fly zone vereiste dat eerst de luchtafweer van Libië werd vernietigd met Amerikaanse en Britse kruisraketten die het Libische raketafweersysteem aanvielen, en Amerikaanse B-2-bommenwerpers die Libische vliegvelden aanvielen.