Ketika invasi AS tahun 2001 ke Afghanistan menghancurkan tempat persembunyian al-Qaeda dan menyebarkan, membunuh dan menangkap anggotanya, al-Zawahri memastikan kelangsungan hidup kelompok tersebut. Dia membangun kembali kepemimpinannya di wilayah perbatasan Afghanistan-Pakistan dan menempatkan sekutu sebagai letnan di posisi kunci.

Dia juga menjadi wajah publik gerakan itu, mengeluarkan aliran pesan video yang konstan sementara bin Laden sebagian besar bersembunyi.

Dengan janggutnya yang tebal, kacamata berbingkai tebal dan memar yang menonjol di dahinya karena sujud dalam shalat, ia terkenal berduri dan bertele-tele – memilih perkelahian ideologis dengan para kritikus di dalam kamp. Bahkan beberapa tokoh kunci dalam kepemimpinan pusat al-Qaeda ditentang, menyebutnya terlalu mengontrol, penuh rahasia dan memecah belah – kontras dengan bin Laden, yang kehadirannya banyak pejuang digambarkan dengan memuja, hampir istilah spiritual.

Namun dia membentuk kembali organisasi dari perencana serangan terpusat menjadi kepala rantai waralaba. Dia memimpin pembentukan jaringan cabang otonom di seluruh wilayah, termasuk di Irak, Arab Saudi, Yaman, Afrika Utara, Somalia, dan Asia.

Dalam dekade setelah 9/11, al-Qaeda mengilhami atau memiliki andil langsung dalam serangan di semua wilayah tersebut serta Eropa, Pakistan dan Turki, termasuk pemboman kereta tahun 2004 di Madrid dan pemboman transit tahun 2005 di London. Baru-baru ini, afiliasi al-Qaeda di Yaman membuktikan dirinya mampu merencanakan serangan di tanah AS dengan upaya pengeboman tahun 2009 terhadap jet penumpang Amerika dan upaya pengeboman paket tahun berikutnya.

Setelah bin Laden tewas dalam serangan AS di kompleksnya di Abbottabad, Pakistan, al-Qaeda menyatakan al-Zawahri sebagai pemimpin terpentingnya kurang dari dua bulan kemudian.