לקראת אמצע שנת 1944 היה ברור כי פלישת בעלות הברית לצרפת קרבה ובאה. כוחות הקומנדו הצרפתיים השתתפו בנחיתה בחוף סורד. ו"כוחות הפנים הצרפתים", אנשי הרזיסטאנס הפעילו כ-200,000 אנשים בפעולות התקוממות נגד הגרמנים ובסיוע לפלישה בדרכים שונות. במרץ 1944 נשלח הגנרל פייר קניג לצרפת לפקד על גופים אלו. לוחמי הרזיסטאנס התקוממו ברחבי צרפת, הכו בקווי האספקה והתחבורה של הגרמנים, ומנעו מיחידות רבות להגיע לחזית ולהילחם שם בפולשים.
ב-1 באוגוסט 1944 נחתו בחוף יוטה שבנורמנדי חיילי הדיוויזיה המשוריינת השנייה של צבא צרפת החופשית בפיקודו של לקלרק. חיילי החטיבה מנו כ-16,000 לוחמים. משימתם הייתה כפולה: לסייע לכוחות הארמייה השלישית של צבא ארצות הברית בפיקודו של ג'ורג' פטון בפריצה מזרחה מחופי נורמנדי, ולהגיע לפריז על מנת שזו תשוחרר על ידי חיילים צרפתים. ב-24 באוגוסט 1944 הגיעו לוחמיו של לקלרק למבואות פריז עצמה, כאשר מזה ימים מספר ניהלו כוחות הרזיסטאנס לחימה עזה בגרמנים בתחומי העיר. ב-25 באוגוסט נכנעו הגרמנים בפריז לכוחותיו של לקלרק, וב-26 באוגוסט נכנס הגנרל דה גול לפריז כמנצח. אבדות הכוח היו כשש מאות הרוגים, כאשר 2,500 מאנשי הרזיסטאנס ואלף אזרחים נהרגו במהלך ההתקוממות שקדמה לכיבוש העיר.
ב-15 באוגוסט 1944 השתתפה הארמייה הצרפתית הראשונה בפיקודו של הגנרל ז'אן דה לאטר דה טסיני במבצע דרגון, נחיתה מן הים באזור פרובאנס, לצד כוחות הארמייה השביעית של צבא ארצות הברית. חיילי הארמייה נחתו בעיר סן טרופה שבחבל פרובאנס, ושיחררו את קאן, טולון ומרסיי. לאחר מכן לחמו אנשי הארמייה בקרבות בגזרת הארמיות הדרומית של בעלות הברית, שחררו את אזור הרי הווז', והמשיכו בלחימה באזור אלזס, ולאחר מכן חצו את הריין וכבשו את קרלסרוהה ושטוטגרט, ולחמו באזור דרום מערב גרמניה והיער השחור.
בשלבים סופיים אלו של המלחמה לחמו במסגרת הצבא הצרפתי המתחדש שמונה דיוויזיות, ונערכו פעולות של ארגון מחדש וגיוס שנועדו להכפיל את מספרן. תרומתן למאזן הכולל של הלחימה הייתה מוגבלת, שכן בעלות הברית, ובהן ברית המועצות וארצות הברית, התייחסו לחידוש הצבא הצרפתי בחשדנות, ומנעו את חימושו מחדש. כדברי אלכסנדר ורט, היה זה היפוכו של המצב בתקופת המערכה על צרפת. ב-1940 צרפת הייתה חמושה, אך סירבה להילחם. ב-1944 רצתה צרפת להילחם, אך לא מצאה את הציוד הדרוש לכך.
המעבר לרפובליקה הרביעית.
כאשר שוחררה צרפת על ידי בעלות הברית, לא היה גוף שלטוני מוסמך שבידו ליטול את השלטון האזרחי. אנשי "הוועד לשחרור לאומי" החזיקו בפועל את השלטון, אך עם שובם לאדמת צרפת, ברור היה כי יש ליצור מסגרת שלטונית לאחר בחירות דמוקרטיות, שיעניקו חלק מן השלטון גם לאנשי הכוחות שפעלו על אדמת צרפת במסגרות השונות של הרזיסטאנס.
דה גול לקח על עצמו להרכיב ממשלה זמנית, שתבצע את משימת הקימום הראשוני של המדינה החרבה, והארגון הראשוני של מוסדותיה, ובה תינתן נציגות ראויה לכוחות שלחמו כנגד הנאצים וכנגד אנשי וישי. ב-11 בספטמבר 1944 כינס דה גול לראשונה את הממשלה שהרכיב.
ב-21 באוקטובר 1945 התקיימו בחירות כלליות ובמקביל להן משאל עם על השאלה האם להמשיך בהסדר החוקתי מימי הרפובליקה השלישית. בבחירות השתתפו 85% מהבוחרים, 24 מיליון איש, מתוכם 13 מיליון נשים. בבחירות זכו הקומוניסטים בכרבע מן הקולות, 160 צירים, המפלגה הסוציאליסטית הצרפתית ב-142 צירים, והתנועה הרפובליקנית העממית ב-152 צירים. במשאל העם הוכרע כי האספה תהיה אספה מכוננת שתנסח חוקה חדשה לרפובליקה הרביעית. האספה הטילה על דה גול להרכיב ממשלה. ב-21 בדצמבר 1945 הציג דה גול את ממשלתו, שכללה בפעם הראשונה גם קומוניסטים ובהם מוריס תורז כשר בלי תיק. אך ממשלה זו החזיקה מעמד כחודש אחד בלבד, וב-26 בינואר התפטר דה גול. הסיבה הרשמית שנתן הייתה כי הוא חפץ במשטר נשיאותי וההסדר החוקתי המתגבש נטה יותר לכיוון משטר פרלמנטרי. עם זאת פעלו גם גורמים נוספים - היו ויכוחים על התקציב, והייתה תחושה כי דרישותיו של דה גול במישור הבינלאומי אינן מתקבלות על ידי נציגי המעצמות הגדולות.
לאחר התפטרותו של דה גול, החלה תקופת מעבר בה שלטה בצרפת ממשלה זמנית עד לקבלת החוקה החדשה בסוף 1946 וייסודה של הרפובליקה הצרפתית הרביעית בשנת 1947.
הכוחות של צרפת החופשית.
צבא היבשה של צרפת החופשית.
עם תחילת פעילות צבא צרפת החופשית, כלל הצבא כ-7,000 לוחמים, ממסגרות שונות: חלקם שפונו עם הצבא הבריטי מדנקירק, חלקם שלחמו בנורווגיה ושבו לבריטניה לאחר מכן, חיילים מהצבאות הקולוניאליים בצ'אד, קמרון ויתר מושבות אפריקה, אנשי לגיון הזרים ואחרים.
במסגרת המערכה במזרח אפריקה פעלה חטיבה סדירה בת כ-1,200 לוחמים שכונתה "חטיבת האוריינט". מאוחר יותר באותה שנה, עמדו לפקודת לז'נטיום בארץ ישראל לקראת המערכה על סוריה ולבנון, שבעה גדודים, פלוגת טנקים, סוללת תותחים, פלגת פרשים יחידת סיור ויחידת שירותים, חלקם בוגרי המערכה באריתריאה. יחידות אלו, כשהן מאוחדות תחת פיקודו של לז'נטיום נקראו הדיוויזיה הראשונה של צבא צרפת החופשית, ויחידה זו פורקה לאחר המערכה.
לאחר סיום המערכה בסוריה ולבנון, לקראת השתתפות הצרפתים במערכה במדבר המערבי נערכו הלוחמים ביחידות חטיבתיות, וזאת עקב צירופם של לוחמים מסוריה ולבנון, והצטרפותם של רבים אחרים. בסך הכל כלל צבא צרפת החופשית במדבר המערבי 12,000 חיילים, שאורגנו בשתי חטיבות, שכללו גם גדוד משוריין וכוחות צנחנים.
לאחר מבצע לפיד, וחבירתם של הכוחות בצפון אפריקה השתנה מאוד סדר הגודל של הכוחות. בהתאם לכך נקרא הצבא החדש שנוצר בשם - "צבא השחרור הצרפתי" (Armée française de la Libération). בלחימה באיטליה השתתפו 120,000 חיילים תחת דגל צרפת החופשית בפיקודו של ז'ואן.
בלחימה בצרפת לאחר הפלישה לנורמנדי ומבצע דרגון השתתפו כבר כוחות בסדר גודל של כ-480,000 איש. לקלרק פיקד על דיוויזיה משוריינת, ואילו הארמייה הראשונה של טאסיני השתתפה בלחימה בדרום. לאחר שחרור צרפת החל גיוס מחזורים סדירים, והטמעת "כוחות הפנים" לוחמי הרזיסטאנס, כ-300,000 איש, בכוחות הלוחמים. עם סיום המלחמה מנה כלל הכוחות כמיליון ורבע איש, מאורגנים בשמונה דיוויזיות חי"ר ושלוש דיוויזיות משוריינות ויחידות אחרות.
חיל האוויר של צבא צרפת החופשית.
לאחר התבוסה במערכה על צרפת, החלו טייסים צרפתים רבים להגיע לאנגליה, ולהמשיך משם בלחימה. אחרים הגיעו ממקומות אחרים בעולם כדרום אמריקה ומושבות צרפת באפריקה. עד יוני 1941 לא היו הטייסים השייכים לצבא צרפת החופשית מאורגנים במסגרת אחידה. חלקם שירתו כנספחים ליחידות של ה-RAF ואחרים ביחידות שהתארגנו אד הוק, ללא שדרת פיקוד ראויה. טייסים אלו השתתפו במשימות השוטפות של ה-RAF, אך גם במשימות בהן היה צבא צרפת החופשית מעורב כקרב על דקר והקרב על אל-כופרה. בשנת 1941 הגיע לזירה מרסיאל ואלן, קצין צרפתי שהיה בעת התבוסה חלק ממשלחת צרפת בריו דה ז'ניירו. בהנחיית דה גול עמד ואלן במגעים עם שר האווירייה הבריטי סיר ארצ'יבלד סינקלייר, והשניים הצליחו להגיע להבנה, באביב 1941, על הקמת מסגרת ארגונית לחיל האוויר של צבא צרפת החופשית. ואלן מונה על ידי דה גול להקים מסגרות אלו. על מנת להבחין בין מטוסי צרפת החופשית ובין מטוסי וישי, שעדיין נשאו את סמל הטריקולור, נשאו מטוסי צרפת החופשית את צלב לורן. כוחות אלו כונו "כוחות האוויר של צרפת החופשית" (Forces Aériennes Françaises Libres).
במסגרת זו הוקמו מספר טייסות -
ב-1943 הצטרפו לכוחות אלו כוחות רבים נוספים, כתוצאה מאיחוד הכוחות בין אנשי צרפת החופשית ובין אנשיו של הגנרל אנרי ז'ירו בצפון אפריקה. באוקטובר 1943 ערכו אנשי "הוועד לשחרור לאומי", תוכנית חימוש וארגון מחדש, לפיה יאורגן חיל האוויר שעמד לרשותם, עד לאביב 1944, בשלושים טייסות, ובסך הכל 500 מטוסים וחיל אוויר הכולל 30,000 איש.
הצי של צרפת החופשית.
לאחר התבוסה הצרפתית ב-1940 הגיעו לאדמת אנגליה כמה אלפי מלחים צרפתים בכלי שיט שונים, אשר היוו בסיס ראשוני להקמת הצי של צרפת החופשית, כאשר עיקרו של הצי הצרפתי, שהיה בפיקודו של האדמירל ז'אן פרנסואה דרלאן נותר נאמן לממשלת וישי. השמדת השייטת הצרפתית במארס-אל-כביר ביולי 1940 הביאה לעוינות רבה בין אנשי הצי הצרפתים ובין הבריטים, ופגמה מאוד במאמצים להעביר חלקים מהצי לצבא צרפת החופשית. על הצי הופקד האדמירל אמיל מיזלייה, שהיה אחד הקצינים הבכירים שהודיעו על נאמנותם לדה גול. זרם קטן של ספינות הגיע בתקופה זו לנמלים בריטים, אם בבריטניה ואם באלכסנדריה. במהלך פעולת מרס-אל-כביר השתלטו הבריטים על ספינות צרפתיות שעגנו בנמליהם.
בתחילה עמדו לרשות הצי, שכונה "כוחות הצי של צרפת החופשית" (Forces navales françaises libres) מספר קטן של ספינות מיושנות וצוללות. אלו פעלו בפעולות צרפת החופשית כגון הקרב על דקר והקרב על גבון, ואף בפעולות כגון כיבוש איי סן-פייר ומיקלון הסמוכים לחופי קנדה בסוף שנת 1941. הצי הבריטי צייד צי קטן זה במספר ספינות, חלקן חדשות שנבנו במיוחד לצורך זה. עד יוני 1942 מנה הצי 3,600 מלחים, וכן גדוד רובאים, יחידת קומנדו ויחידה אווירית קטנה. מצי הסוחר הצרפתי עברו 67 ספינות סוחר לצידה של צרפת החופשית, ושימשו למשימות שונות כמשימות תובלה ואספקה. בצי זה שירתו 580 קצינים ו-4,300 מלחים.