עם התקדמות המלחמה הלכה והתמסדה חלוקת התפקידים בין ה-OKW וה-OKH, כאשר ה-OKW לקח על עצמו את הפיקוד על הכוחות המוצבים בדרום ובמערב אירופה, ואילו ה-OKH הופקד על ניהול המערכה הצבאית בחזית המזרחית. יתרה מזו, ה-OKW הפקיד את ההגנה מפני פלישה של בעלות הברית למערב אירופה בידי OB West (אוברבפסלהאברווסט) – הפיקוד העליון במערב, בפיקודו של רונדשטט. אך לאחרון לא הייתה לו שום שליטה על הלופטוואפה (וכן על יחידות הצנחנים והנ"מ שהיו כפופות ללופטוואפה) והקריגסמרין, שהיו כפופות למפקדותיהן שלהן. הדבר היה נכון גם בנוגע לעתודה המשוריינת במערב, קבוצת פאנצר מערב, שניתן היה להכניסה למערכה רק בפקודתו הישירה של היטלר.
לכאורה, מבנה הפיקוד על הכוחות הגרמניים בנורמנדי היה פשוט, בהשוואה למבנה הפיקוד של כוחות בעלות הברית. ארווין רומל, מפקד קבוצת ארמיות B, היה אחראי על ניהול המערכה בנורמנדי, ותחת פיקודו עמדו שתי ארמיות - הארמייה השביעית בפיקוד פרידריך דולמן, וקבוצת הפאנצר מערב בפיקוד לאו גייר פון שוופנבורג, שהצטרפה לארמייה השביעית זמן קצר לאחר נחיתת בעלות הברית בנורמנדי, ותפסה פיקוד על הכוחות הגרמניים, שהחזיקו בגזרה המזרחית של קו החזית בנורמנדי. אך למעשה, גורמים רבים, כולל גרד פון רונדשטט, צמרת הOKW (וילהלם קייטל, אלפרד יודל וסגנו ולטר ורלימונט) וכמובן אדולף היטלר, התערבו ללא הרף בניהול המערכה הצבאית בנורמנדי. לכך יש להוסיף את העובדה, שלרומל ולרונדשטט לא הייתה כלל שליטה על יחידות הלופטוואפה שהשתתפו במערכה בנורמנדי, ושליטה מוגבלת בלבד על יחידות הוואפן אס אס (שלא היו כפופות לורמאכט) שלחמו תחת פיקודם.
בעיה נוספת של הפיקוד הגרמני בנורמנדי, הייתה החילופין הדחופים של המפקדים הבכירים, שהיו אחראים על ניהול המערכה, שחלקם נהרגו/נפצעו מסיבות שונות במהלך הלחימה, וחלקם הוחלפו על ידי היטלר בעקבות חילוקי דעות על דרך ניהול המערכה. לאו גייר פון שוופנבורג נפצע כבר ב-10 ביוני 1944 בתקיפה מהאוויר על מפקדתו (שחיסלה חלק גדול מסגל מטהו). הוא חזר לפקד על קבוצת הפאנצר מערב רק לקראת סוף החודש, וזמן קצר לאחר מכן (ב-2 ביולי) פוטר על ידי היטלר, לאחר שהמליץ על נסיגה מאזור קן ואימוץ טקטיקת הגנה גמישה נגד כוחות בעלות הברית, והוחלף על ידי היינריך אברבאך. במקביל החליט היטלר, שאיבד אמון בפון רונדשטט, להחליף את האחרון ולמנות במקומו של גינתר פון קלוגה כמפקד OB West. פרידריך דולמן, מפקד הארמייה השביעית, שמת בנסיבות בלתי ברורות ב-28 ביוני, הוחלף על ידי אובר-גרופנפיהרר פאול האוסר מהוואפן אס אס, שמונה לתפקיד באופן אישי על ידי היטלר (תוך עקיפתו של רומל). כאשר רומל נפצע קשה בתקיפה אווירית ב-17 ביולי, פון קלוגה לקח על עצמו את הפיקוד על קבוצת ארמיות B בנוסף לפיקוד על כל הכוחות הגרמניים בחזית המערבית. ב-17 באוגוסט 1944, זמן קצר לפני סיום המערכה בנורמנדי, הוחלף גם פון קלוגה על ידי היטלר, שמינה במקומו את ולטר מודל.
איחוד ראשי הגשר של בעלות הברית בנורמנדי (12-6 ביוני).
על מנת לבנות ראש גשר מאובטח, היה צריך לאחד את חמשת ראשי הגשר, שנכבשו ביום הפלישה, ולהתקדם דרומה לפחות עד לכביש קרנטן-באייה-קן, כדי להעמיק את ראש הגשר. במקביל נדרשו כוחות בעלות הברית להגן על חופי הנחיתה מפני התקפות נגד גרמניות, כך שניתן יהיה להנחית בהם את התגבורות והאספקה בבטחה. החל מ-7 ביוני החלו כוחות בעלות הברית להתקדם מראשי הגשר לפנים הארץ, תוך שהם נתקלים בהתנגדות גרמנית עזה, ובהתקפות נגד. דיוויזיית הפאנצר אס אס ה-12 "היטלר יוגנד" ניסתה מה-7 עד ה-8 ביוני להדוף את היחידות הקנדיות בחזרה לחוף הים, אך ללא הצלחה. ב-7 ביוני נכבשה העיר באייה וב-8 בחודש חברו הכוחות הבריטיים והאמריקאים בפורט אן-בסן. עד 12 ביוני הצליחו בעלות הברית לאחד את כל ראשי הגשר שלהם וליצור ראש גשר גדול ומאובטח ברוחב כ-100 ק"מ ובעומק כ-30 ק"מ. אולם העיר קרנטן נפלה לידי הכוחות המוצנחים האמריקאים רק ב-15 ביוני, לאחר לחימה קשה וממושכת, וכל המאמצים של הארמייה הבריטית השנייה לכבוש את העיר קן נכשלו.
תוך שבעה ימים הצליחו בעלות הברית להנחית בנורמנדי 326,000 חיילים, 54,000 כלי רכב ויותר מ-100,000 טון של חומרי לחימה. אולם למרות ההצלחה הזו, הם לא הצליחו לעמוד בלוח הזמנים המתוכנן שלהם, והתקדמותם הייתה איטית למדי ביחס לציפיות. בחלק המזרחי של ראש הגשר נתקלו הכוחות הבריטיים והקנדיים בהתנגדות גרמנית עזה באזור קן, והתקדמותם מזרחה נבלמה, ואילו התקדמות הכוחות האמריקאים באזור הבוקאז' דרומה, לכיוון סן לו, ומערבה וצפונה לכיוון חצי האי קוטנטן והנמל החשוב של שרבור נתקלה אף היא בהתנגדות עיקשת של הכוחות הגרמניים, שהסתייעו בגדרות השיחים (בוקאז') הרבות, והנוחות להגנה, שפיצלו את השטח לחלקות קטנות.
כיבוש חצי האי קוטנטן והקרב על שרבור (30-6 ביוני).
לאחר שהכוחות האמריקאים, שנחתו בחוף יוטה ובחוף אומהה הצליחו לאחד את ראשי הגשר שלהם, ולחבור לשתי הדיוויזיות המוטסות (ה-101 וה-82) שהוצנחו באזור, החל הקורפוס האמריקני ה-7 בסיוע הדיוויזיה המוטסת ה-82, לתקוף לכיוון צפון ומערב, במטרה לכבוש את חצי האי קוטנטן ואת נמל שרבור. הכוחות הגרמניים באזור, שכללו בעיקר את דיוויזיות הרגלים ה-709 וה-243, היו חלשים, אך הצליחו לעכב ולהאט את התקדמות יחידות בעלות הברית, באמצעות שימוש מיומן בתוואי הקרקע באזור, שכללו מספר נהרות ואת גדרות הבוקאז'.
ב-14 ביוני הצליחה הדיוויזיה האמריקנית ה-4 לפרוץ את קו ההגנה הגרמני מצפון לראש הגשר, למרות התנגדות עזה, והחל להתקדם לעבר שרבור. אולם התקדמות הקורפוס ה-7 מערבה הייתה איטית, מכיוון שהוא נאלץ לחצות בדרכו את הנהרות Merderet ו-Douve, שעיכבו את תנועתו. ב-15 ביוני תיגבר ג'וזף לוטון קולינס, מפקד הקורפוס ה-7, את הכוחות שהתקדמו מערבית למרדרה עם הדיוויזיה המוטסת ה-82, בפיקוד מת'יו רידג'וויי, והדיוויזיה ה-9 בפיקוד מנטון אדי.
היחידות הגרמניות נסוגו מעט כדי לקצר את קו ההגנה שלהן, ובכך איפשרו לדיוויזיה המוטסת ה-82 לכבוש את סן-סובר-לה-ויקומטה לאחר שהצליחה קודם לכן לחצות את נהר דוב ב-16 ביוני. קולינס ניצל את ההזדמנות, והורה לכוחותיו לנוע במהירות לכיוון חוף האוקיינוס האטלנטי, במטרה לנתק את חצי האי קוטנטן בבסיסו, ולבודד את הכוחות הגרמניים שהגנו עליו. המבקע המהיר של הדיוויזיות ה-9 וה-82 הפתיע את הגרמנים, והכוחות התוקפים הגיעו לחוף הים כבר בלילה שבין 17 ל-18 ביוני. הכוחות הגרמניים באזור היו חלשים מכדי לבצע התקפת נגד מאורגנת, ולהשיב את המצב לקדמותו.
רוב העיירות והכפרים בחצי האי קוטנטן נהרסו במידה רבה על ידי הפצצות בעלות הברית ואש ארטילרית. לאחר בידוד חצי האי, התמקדו הכוחות האמריקאים בהתקדמות צפונה לכיוון שרבור, וכבשו את Montebourg ו-Valognes ואת הכביש הראשי המוביל לנמל. ב-20 ביוני נאלצו הכוחות הגרמניים בקוטנטן לסגת למתחם המבוצר, שנבנה מסביב לנמל שרבור. ב-22 ביוני החלו האמריקנים במתקפה על הנמל, אשר הוכרז על ידי הפיקוד הגרמני כעיר מבצר ("פסטונג"), תחת פיקוד קרל-וילהלם פון שליבן, בסיוע הפצצות כבדות מהאוויר וירי ארטילרי. ב-26 ביוני לאחר מספר ימים של קרבות רחוב עזים נכנעו הכוחות הגרמנים שהגנו על הנמל, אם כי באזור נותרו מספר כיסי התנגדות קטנים, שהמשיכו בלחימה עד ה-30 ביוני. כעשרת אלפים חיילים גרמנים נפלו בשבי, ובעלות הברית השתלטו על נמל מים עמוקים, שהיה חיוני לצורך הזרמת אספקה ותגבורות לכוחותיהם בצרפת. אולם לפני כניעתם הרסו הגרמנים ביסודיות את מתקני הנמל, זרעו בו מוקשים רבים והטביעו בכניסה אליו כלי שיט רבים. נדרשו לבעלות הברית כשלושה חודשים להחזיר את הנמל לפעולה מלאה, אם כי הוא החל לתפקד באופן חלקי כבר לאחר 15 יום.
המערכה סביב קן (6 ביוני-6 באוגוסט).
כחלק מהפלישה לנורמנדי, אחת המטרות העיקריות של בעלות הברית הייתה לכבוש במהירות את העיר קן אשר הייתה אחת הערים הגדולות בחבל נורמנדי, בגלל חשיבותה האסטרטגית. העיר שלטה על צומת כבישים ומסילות ברזל מרכזית, וכיבושה היה פותח בפני בעלות הברית את הדרך להתקדמות מזרחה לכיוון נהר סן, ציר התנועה הקצר והמהיר ביותר לגרמניה. הקרקע בסביבות העיר ומדרום לה הייתה פתוחה ושטוחה, יחסית לפני הקרקע בחלק המערבי חצי האי נורמנדי (ארץ הבוקאז', שהתאפיינה בריבוי גדרות שיחים גבוהות, שהיקשו על התנועה), ולכן הייתה נוחה יותר לתנועת כוחות ממונעים גדולים. בנוסף, פיקוד הכוחות האוויריים של בעלות הברית, היה מעוניין בכיבוש מהיר של אזור קן לצורך בניית שדות תעופה באזור.
כיבוש קן הוטל על הכוחות הבריטיים-קנדיים, שפעלו תחת הפיקוד העליון של ברנרד מונטגומרי. אף על פי שהארמייה השנייה הייתה אמורה לכבוש את קן כבר ביום הראשון לפלישה לנורמנדי, הקרבות בסביבה הקרובה של העיר ובתוכה ארכו כחודשיים, כתוצאה מהתנגדות עיקשת של הכוחות הגרמניים שהגנו עליה, שכללו מספר דיוויזיות עילית של הוואפן אס אס. הפיקוד הגרמני, שהבין היטב את חשיבות האחיזה בעיר, הזרים לאזור קן כוחות חזקים, כולל חלק גדול מהכוחות הניידים שלו בנורמנדי. במהלך הקרבות נהרסה רוב העיר כתוצאה מהפצצות כבדות של בעלות הברית.
ההתקדמות האמריקנית דרומה בארץ הבוקאז (13 ביוני-24 ביולי).
הקרב על לה-אייה-דו-פואי (14-3 ביולי).