Während der Invasion in der Normandie am 6. Juni 1944 war die 21. Panzer-Division der einzige deutsche motorisierte Kampfverband im unmittelbaren Landungsbereich der Alliierten. Feuchtinger hielt sich an diesem Tag in Paris auf. Bei seiner Rückkehr auf seinen Divisionsgefechtsstand am 6. Juni nahm er seine Geliebte, eine Schauspielerin aus Hamburg, mit. Als er am 6. Juni während der Schlacht um Caen einen Angriff mit seiner Division Richtung Caen und Strand führte, blieb dieser im Feuer der schweren Schiffsartillerie und Bombenabwürfen der Alliierten liegen (siehe Operation Neptune#Deutsche Truppen) und wurde von den Regimentskommandeuren abgebrochen. In den weiteren Kämpfen im Raum Caen erlitt die Division schwere Verluste an Menschen und Material. Am 1. August 1944 wurde Feuchtinger zum Generalleutnant befördert. Kurz darauf, am 6. August 1944, erhielt er das Ritterkreuz des Eisernen Kreuzes. Im August wurde ein Großteil seiner Division im Kessel von Falaise eingeschlossen und vernichtet. Aus Resten der Division, die sich außerhalb des Kessels befanden oder noch aus diesem ausbrechen konnten, wurde die 21. Panzer-Division in Lothringen neu aufgestellt. Nach Kämpfen am Rand der Vogesen Ende Oktober bei Baccarat meldete Feuchtinger: "In zusammengefaßten Feuer der Artillerie und der wenigen Panzerabwehrgeschütze konnten wir in kürzester Zeit über 40 Panzer des Gegners vernichten." Tatsächlich war nur ca. ein Dutzend Panzer zerstört worden.