הצלחת מבצע פורטיטיוד נמדדה בהערכתם של הגרמנים את עוצמת בעלות הברית וחיזוי אתר הפלישה. במאי 1944 העריך האבוור כי שבעים ותשע דיוויזיות חונות בבריטניה, אף שלמעשה המספר האמיתי היה ארבעים ושבע. הגרמנים האמינו כי לבעלות הברית יש די נחתות כדי להביא עשרים דיוויזיות אל החוף בגל הראשון, כאשר בפועל היו להן די לשש דיוויזיות. ב־2 ביוני דיווח בלצ'לי פארק על סמך פענוחי ה"אולטרה", כי הגרמנים מצפים לנחיתה ראשונית בנורמנדי או בברטאן, ולאחריה למאמץ העיקרי בפה־דה־קאלה. בסופו של דבר, נדרש לגרמנים כמעט שבוע אחרי הנחיתות בנורמנדי כדי להבין שאין זו פעולת הסחה אלא הפלישה האמיתית עצמה, וב־26 ביוני עדיין נשארה הארמייה הגרמנית ה־15, שהגנה על חופי בלגיה וצפון צרפת מצפון לנהר הסן, בעמדותיה, בהמתנה לפלישה נוספת של בעלות הברית באזור פה דה קאלה.
פעולות המחתרת הצרפתית.
המחתרת הצרפתית, ה"רזיסטאנס", שצמחה מקבוצות מבודדות לאחר כניעת ממשלת צרפת וצבאה ב־1940, הייתה מורכבת ומפוצלת. ארגונה של המחתרת היה מחולק אזורית ופוליטית (לדוגמה, קומוניסטים וגוליסטים), והתקשורת בין תאי ההתנגדות השונים הייתה כמעט אפסית. ראש הארגון המוכר של תנועת ההתנגדות הצרפתית היה אמנם שארל דה גול, אך הוא שהה רחוק מצרפת, ולא היה מסוגל לקיים שליטה הדוקה בה. הקשר בין דה גול למחתרת התקיים באמצעות "מנהלת המבצעים המיוחדים" (SOE) הבריטית, שהצניחה סוכנים לצרפת החל מאביב 1941, ובאמצעות "המשרד לשירותים אסטרטגיים" (OSS) של ארצות הברית החל מ־1943. בפברואר 1944 הושגה אחדות מסוימת בין קבוצות המחתרות השונות כאשר הוקמה "המועצה הלאומית של הרזיסטאנס", וז'ורז' בידו נבחר למנהיגה.
בשלבי התכנון של מבצע אוברלורד, לא נתפס הרזיסטאנס כגורם משמעותי שיכול להעלות תרומה לפלישה, בין היתר בגלל חוסר הוודאות לגבי כוחו, והקושי לשלוט בכל פלגיו. כאשר עלתה השאלה בנוגע לתפקיד שיוטל על המחתרת לקראת ובעת הפלישה ושחרור צרפת, שקלו הבריטים אפשרות של התקוממות לאומית שתרים תרומה אסטרטגית למבצע אוברלורד. אך אפשרות זאת לא נתפסה כמציאותית; לפי הערכת "מנהלת המבצעים המיוחדים", מנו כוחות הרזיסטאנס 350,000 חברים באביב 1944, אך רק ל־100,000 מתוכם היו כלי נשק שמישים, ומעט מאוד תחמושת. המפקדה העליונה של בעלות הברית הכירה בכך שהתרומה המשמעותית ביותר של הרזיסטאנס תהיה במודיעין ובפעולות חבלה בקווי תחבורה ותקשורת גרמניים, שיסייעו לבידודה של נורמנדי ויקשו על הגרמנים לתגבר את כוחותיהם שם.
לשם כך הגו בעלות הברית ארבע תוכניות; כחלק מ"התוכנית הירוקה" (Plan Vert), חוליות רזיסטאנס יניחו מטענים לפיצוץ מסילות רכבת עיקריות, החל ביום הפלישה. במאי דיווחה מנהלת המבצעים המיוחדים למפקדה העליונה על 571 מטרות במערכת הרכבות שמוכנות לפיצוץ. "תוכנית צב" (Plan Tortue) כוונה לחסימת כבישים בפני תנועה של תגבורות גרמניות לכיוון נורמנדי. "התוכנית הכחולה" (Plan Bleu) התמקדה בניתוק קווי תקשורת יבשתיים, ואילצה את הגרמנים להשתמש בתקשורת אלחוטית, שאת שדריה פענחו בעלות הברית באמצעות האולטרה. "התוכנית הסגולה" (Plan Violet) התמקדה בניתוק כבלים תת־קרקעיים שהיו בשימוש הגרמנים.
מלבד פעולות חבלה, הרזיסטאנס היה המקור הטוב ביותר באיסוף מודיעין על החומה האטלנטית, משום שעובדי כפייה צרפתים רבים עמלו על הקמתה. הם העתיקו תוכניות ומפות, זיהו שדות מוקשים ותנועת יחידות גרמניות, והעבירו את כל המידע המודיעיני לבעלות הברית.
מאחר שלא ניתן היה להעביר לרזיסטאנס את מועד הפלישה ואזור הפלישה המדויקים מחשש שאנשיה ילכדו בידי הגרמנים, הועברו הפקודות לביצוע תוכניות החבלה במסרים מוצפנים שישודרו בבי־בי־סי. הרזיסטאנס קיבלה את הפקודה להתכונן לפלישה ב־1 ביוני, כששידר הבי־בי־סי את השורה הראשונה מ"שיר הסתיו" של המשורר פול ורלן. לבסוף, בערב 5 ביוני, קיבלו אנשיה פקודות מוצפנות להתחלת הפעולה בכל רחבי צרפת.
קביעת עיתוי הפלישה.
קביעת המועד המדויק לפלישה היוותה אתגר בפני המתכננים של בעלות הברית, שנדרשו לקבוע מועד מוקדם ככל האפשר. המחסור בנחתות וספינות נושאות גייסות, יחד עם איום הצוללות הגרמניות שהוסר רק באמצע 1943, וכיוון שנחתות אינן מסוגלות לחצות את תעלת למאנש מספטמבר עד מרץ מחמת מזג האוויר הגרוע, כל הגורמים הללו הגבילו את המתכננים. ועדת ראשי המטות של ארצות הברית הציעה כיעד את 1 באפריל 1944, אך תאריך זה לא התאים בגלל מזג האוויר ההפכפך בתעלה, שאי אפשר היה לחזותו, והן משום שהפשרת השלגים ברוסיה לא תאפשר לצבא האדום לבצע מתקפה מתואמת. COSSAC בראשותו של מורגן בחרה ביעד את 1 במאי, אולם אייזנהאואר ומונטגומרי דחו את היעד ל־1 ביוני, כדי לאפשר צבירת נחתות והפצצות נוספות.
הדרישות העיקריות שנלקחו בחשבון לקביעת עיתוי המדויק של הפלישה נגעו לאור ירח, ולזרמי גאות ושפל. הן חיל הים והן חיל האוויר דרשו מהמטאורולוגים מזג אוויר ללא עננות כבדה ורוחות חזקות מדי, שיגבילו את הסיוע האווירי והימי החשובים כל כך לפלישה. צליחה התעלה תתבצע בלילה, כדי לשמור את גורם ההפתעה עד לרגע האחרון ולנחות מיד אחרי האור הראשון. הגרמנים צפו שההתקפה תיערך בשיא הגאות, מה שיבטיח לגלי ההסתערות את רצועת החוף הצרה ביותר לחצייה, אך בעלות הברית העדיפו לנחות עם המעבר בין שפל לגאות, כדי שהנחתות יעלו היישר אל החוף ואחר כך יצופו בחופשיות על מי הגאות, וכדי שהמכשולים הימיים יהיו גלויים לעין. אייזנהאואר קבע את מועד הפלישה ל־5 ביוני, אולם ב־4 ביוני דיווח לו קצין המטאורולוגיה הראשי שלו שצפויה סערה קשה בתעלה. בבוקר 5 ביוני דווח שמתקרבת חזית סינופטית נוחה, ואייזנהאואר נתן את ההוראה לפקודה הסופית לביצוע הפלישה ב־6 ביוני.
מטאורולוגים גרמנים, שחסרו את המידע שהיה זמין לבעלות הברית מפני שליטתן באוקיינוס האטלנטי, סברו שהתנאים לא יהיו מתאימים לפלישה לפני 10 ביוני. על יסוד תחזיות אלו, ועל יסוד המידע המועט שהיה בידי הגרמנים – שכן מטוסי הסיור של הלופטוואפה לא יכלו לערוך טיסות סיור מעל לנמלי החוף הדרומי של אנגליה, והצי הגרמני הפסיק את סיוריו בתעלה ב־5 ביוני מחמת הגלים העזים – נעדרו רבים מהקצינים הבכירים של הארמייה השביעית מעמדותיהם ביום הפלישה, משום שקיימו תרגילי מלחמה בעיר רן. גם רומל נסע לגרמניה לפני הפלישה, לרגל יום הולדתה של אשתו, וכדי לדרוש מהיטלר שיעביר לסמכותו דיוויזיות פאנצר נוספות. עקב כך, הוא הגיע למפקדתו רק בשעות הלילה ב־6 ביוני.
המערכה האווירית.
גם בריטניה וגם ארצות הברית השקיעו בתקופת המלחמה מאמץ אדיר בבניית צי האוויר שלהן, ומשאבים רבים הופנו לייצור כלי טיס. נוסף על כך, לחילות האוויר שלהן ניתנה עדיפות בכוח אדם על חשבון כוחות הקרקע. הלופטוואפה מאידך, נאלץ לפצל את כוחו בין שתי חזיתות – מול הצבא הסובייטי בחזית המזרחית, ומול בעלות הברית המערביות בדרום אירופה ובהגנה על שמי גרמניה מפני ההפצצות האסטרטגיות של חיילות האוויר של בעלות הברית, שנועדו לפגוע בתפוקת התעשייה הגרמנית ולשבור את מורל האוכלוסייה האזרחית. הפצצות שהלכו וגברו בשלבים המאוחרים של המלחמה. התוצאה הייתה התשת כוחו של הלופטוואפה, שספג אבדות כבדות, והשגת עליונות אווירית בשמי צרפת לחילות האוויר של בעלות הברית מסוף שנת 1943 ואילך. אמנם, בראשית 1944, תחת השגחתו של אלברט שפר, שר החימוש, עלה בהדרגה ייצור מטוסי הקרב הגרמניים, ובשלושת החודשים שקדמו ליום הפלישה יוצרו בין 7,000 ל־8,000 מטוסי קרב, אך היעדר טייסים מנוסים, כתוצאה מהאבדות הכבדות וממחסור בדלק לאימונים, גרע מכך. בעת הפלישה, היו ללופטוואפה במערב בסך הכל 1,515 מטוסי קרב, מתוכם רק 590 שיכלו לפעול באזור הפלישה.
בין פיקוד המפציצים של בריטניה וארצות הברית לבין המפקדה העליונה ואייזנהאואר נחלקו הדעות בעניין תפקיד המפציצים לסיוע לפלישה בחודשים שקדמו לה. גנרל קארל ספאץ, מפקד חיל האוויר השמיני של ארצות הברית ומרשל אוויר ראשי ארתור האריס, ראש פיקוד המפציצים של חיל האוויר המלכותי, היו שותפים להשקפה שהמפציצים לעצמם יכולים להביא את הניצחון במלחמה, ושמבצע אוברלורד איננו נחוץ. שניהם גרסו, כי ככל שהמפציצים יפעלו עמוק יותר מאחורי קווי החזית, כלומר בתחומי גרמניה עצמה, בתקיפת מטרות אסטרטגיות דוגמת מפעלי זיקוק ומפעלי ייצור מטוסים, כן תגדל האפקטיביות שלהם. מנגד, אייזנהאואר ואנשי המפקדה העליונה היו משוכנעים שעל המפציצים לפעול קרוב ככל האפשר לחזית, בצרפת, בתקיפת מטרות טקטיות שיסייעו להצלחת הפלישה. מאחר שגופי המפציצים היו נפרדים מהמפקדה העליונה, הובאה המחלוקת בפני נשיא ארצות הברית רוזוולט, שפסק בעד המפקדה העליונה, וכחודשיים לפני יום הע' חלה תפנית במאמץ ההפצצות של בעלות הברית, מפגיעה בערי גרמניה לסיוע לנחיתות בנורמנדי, ובמיוחד לניסיונות לנתק את הדרכים ואת מסילות הברזל שיוכלו לשרת את הגרמנים להזרמת תגבורות.