I 2011 hjalp Flournoy, daværende forsvarsminister, med at overtale præsident Obama til at
at gribe ind militært i Libyen, på trods af modstand fra medlemmer af Kongressen og vigtige rådgivere i Det Hvide Hus, såsom Joe Biden, vicepræsident, Tom Donilon, national sikkerhedsrådgiver, og Robert Gates, forsvarsminister. Flournoy støttede NATO's indførelse af en flyveforbudszone over Libyen for at vælte modstandslederen Muammar Gaddafi, der blev anklaget for at have beordret drab på demonstranter og lovet at "jagte oprørerne ned og vise ingen nåde". Flournoy sagde, at indførelsen af en flyveforbudszone krævede først at ødelægge Libyens luftforsvar med amerikanske og britiske krydsermissiler, der målrettede det libyske missilforsvarssystem, og amerikanske B-2-bombere, der angreb libyske flyvepladser.