Trong tình cảnh đó, tháng 12 năm 1978, tại Dar es Salaam (thủ đô cũ của Tanzania, thủ đô mới là Dodoma), tổng thống Nyerere của Tanzania kêu gọi tổng động viên toàn quốc. Trong một vài tuần, quân đội Tanzania đã được mở rộng từ dưới 40.000 quân lên 100.000 người bao gồm các thành viên của cảnh sát, các nhà tù, và dân quân. Nyerere cũng tuyên bố ủng hộ lớn nhất cho quân kháng chiến Mặt trận Giải phóng Dân tộc Uganda, do các tướng Tito Okello, David Oyite Ojok, Yoweri Museveni, Akena p'Ojok, William Omaria và Ateker Ejalu chỉ huy. Cùng với đó, lãnh đạo Cộng hòa Mozambique Samora Machel cũng tuyên bố ủng hộ Tanzania và gửi tiểu đoàn ưu tú nhất của quân đội Mozambique đến giúp Tanzania.
Tháng 1 năm 1979, Tanzania phản công, bắt đầu bằng việc các dàn phóng tên lửa của Tanzania phóng hết công suất về phía Uganda. Trận pháo kích hiệu quả không ngờ khi quân Uganda tỏ ra thiếu chuyên nghiệp, không phòng bị nên chịu tổn thất nặng và phải rút lui.
Lúc này, cuộc chiến lại phải nhờ vào lực lượng Libya. Lực lượng viễn chinh Libya được trang bị các tăng T-54 và T-55, BTR APC, BM-21 Grad MRL, pháo binh, máy bay chiến đấu MiG-21 và một máy bay ném bom Tu-22. Lực lượng Libya ban đầu chỉ là để chủ yếu hoạt động như một lực lượng hỗ trợ cho Quân đội Uganda. Tuy nhiên, ngay sau khi lực lượng đến Uganda thất bại, binh lính Libya đã tự chiến đấu chống lại người Tanzania trên tuyến đầu. Trong khi người Libya đang chiến đấu và hy sinh trong cuộc chiến để bảo vệ đồng minh của họ, nhiều đơn vị của quân đội Uganda đã sử dụng xe tải chở những tài sản mới cướp từ Tanzania về nước một cách hèn nhát.
Từ ngày 10-12 tháng 3, Trận Lukaya - trận chiến quyết định ở mặt trận Tanzania - xảy ra giữa Quân đội Tanzania và Quân đội Libya cùng với một số đơn vị Quân đội Uganda. Trận chiến bắt đầu khi một cuộc tấn công theo kế hoạch của một đội lữ đoàn Libya với 15 chiếc T-55, hàng chục APC, và BM-21 MRL, nhằm đến Masaka, chạm trán với lực lượng Tanzania tại Lukaya vào ngày 10 tháng 3. Dù quân Libya dành chiến thắng ban đầu, một cuộc phản công của Tanzania vào đêm 11 tháng 3 từ hai hướng, của Lữ đoàn 201 từ phía nam và Lữ đoàn 208 từ phía tây bắc, thành công. Tổng cộng 200 quân Libya bị tiêu diệt, cộng thêm 200 lính đồng minh Uganda. Quân Tanzania thu toàn bộ trang bị, bắt tù binh trong đó có cả vị tướng chỉ huy quân Libya.
Trận chiến ở Lukaya đã loại bỏ hoàn toàn quân Libya, đồng thời triệt tiêu tinh thần của quân Uganda. Quân Tanzania và quân kháng chiến Mặt trận Giải phóng Dân tộc Uganda tiến rất nhanh về phía Tây và tiến vào thủ đô Kampala ngày 11/4/1979. Hai ngày sau, thủ đô được giải phóng, Idi Amin đã bỏ chạy khỏi thủ đô. Nhưng người anh rể Juma Butabika, đã ở lại chiến đấu và bị người dân bắt lại, sau đó bị thiêu chết trong sự phẫn nỗ tột cùng của người dân Uganda.
Quân đội Tanzania sau đó truy kích quân của Amin đến tận ngày 3 tháng 6 sau khi đã đuổi đến tận biên giới Sudan. Quân đội Tanzania vẫn ở Uganda để duy trì hòa bình cho đến cuộc bầu ở nước này diễn ra vài tháng sau đó. Tuy nhiên, sau khi quân Tanzania rút đi, Uganda lại rơi vào nội chiến do tàn dư của chế độ Amin vẫn tiếp tục chiến đấu. Cuộc chiến kéo dài đến năm 1996, khiến tiếp 300.000 người thiệt mạng. Như vậy trong 25 năm, Uganda mất 800.000 người.