Begin volvió a dirigirse al Líbano, donde estaba decidido a derrotar a la OLP. En julio de 1981, temiendo un enfrentamiento israelí-sirio en Líbano, Estados Unidos había mediado en un ambiguo alto el fuego, durante el cual la OLP siguió acumulando armas pesadas. Advertido por Haig de no atacar a menos que hubiera una «provocación internacionalmente reconocida», Begin ordenó el bombardeo de posiciones de la OLP en junio de 1982, después de que miembros de un grupo disidente de la OLP intentaran asesinar al embajador de Israel en Gran Bretaña. La OLP respondió con un bombardeo de cohetes sobre las ciudades fronterizas del norte de Israel, tras lo cual Israel lanzó una nueva invasión del sur de Líbano. El gabinete israelí autorizó una operación limitada, y Begin dejó claro que las tropas de las FDI no debían avanzar más allá de 25 millas (40 km) de la frontera libanesa. Pero Sharon tenía planes más ambiciosos. Mientras el enviado especial de Reagan, Philip Habib, intentaba evitar un enfrentamiento entre israelíes y sirios, aviones israelíes destruyeron misiles antiaéreos sirios en Líbano. A este ataque estratégico por sorpresa le siguió una corta pero violenta serie de escaramuzas terrestres y dos días de combate aéreo que le costaron a Siria unos 100 aviones.
Sharon envió a las FDI hacia Beirut y mucho más allá del límite de 25 millas establecido. Con los sirios en retirada, las tropas israelíes asediaron a Arafat y a las unidades de la OLP que le quedaban en la capital libanesa. Los aliados cristianos maronitas de Israel, el Partido de la Falange, en contra de las expectativas de Sharon, no actuaron para asegurar la ciudad como se esperaba, y se produjo un peligroso estancamiento. El pro-israelí Haig se vio obligado a abandonar su cargo, mientras un desconcertado y enfadado Reagan, reforzado por el Secretario de Defensa estadounidense Caspar Weinberger, buscaba una retirada israelí. Habib, trabajando bajo la dirección del sucesor de Haig, George Shultz, consiguió insertar una fuerza multinacional de mantenimiento de la paz en Líbano que permitió a Arafat y a una parte de sus fuerzas evacuar Beirut en agosto, tras un último bombardeo israelí.
Los cristianos libaneses, sin embargo, no se beneficiarían de las acciones israelíes. El líder de la Falange, Bashir Gemayel, el nuevo presidente electo, fue asesinado por agentes sirios en septiembre, y en los desórdenes que siguieron, las fuerzas israelíes permitieron a las milicias falangistas entrar en dos campos de refugiados palestinos, Sabra y Shatila, donde masacraron a cientos de hombres, mujeres y niños. La fuerza multinacional, que se retiró rápidamente tras la marcha de Arafat, fue reinsertada.
Poco antes de las masacres, el presidente Reagan había anunciado un plan de paz árabe-israelí que aplicaba con precisión la fórmula de la Resolución 242 a la cuestión palestina. El plan se diseñó, en parte, para apaciguar la ira árabe y revivir la opción jordana, pero fue rechazado por una cumbre árabe y contó con la oposición acérrima de un alarmado Begin. Sin embargo, al asediado primer ministro no le quedaba mucho tiempo. Una investigación oficial israelí condenó a Sharon por negligencia en las masacres del campo, obligándole a dimitir. Dolidos por las pérdidas israelíes y el trágico resultado de la operación, los israelíes organizaron masivas manifestaciones callejeras contra el gobierno de Begin.
Bajo la mediación de Estados Unidos, Israel y Líbano llegaron a un acuerdo de no beligerancia en mayo de 1983, y las tropas israelíes se retiraron de la zona de Beirut. Un Begin enfermo, devastado por la muerte de su esposa y el resultado de la guerra, dimitió en septiembre y se retiró a la vida privada, muriendo en 1992. Fue sustituido por Yitzhak Shamir. El 23 de octubre de 1983, un terrorista suicida de la milicia musulmana chií libanesa Hezbolá voló el cuartel general de los marines estadounidenses en el aeropuerto de Beirut, que formaba parte de la fuerza internacional de mantenimiento de la paz, matando a 241 personas. A las pocas semanas, Reagan comenzó a retirar las fuerzas estadounidenses y, tras su marcha, los sirios y sus aliados locales obligaron a Líbano a renunciar al acuerdo con Israel.