Viste le sue indiscusse doti di pianificatore e la sua esperienza in Scandinavia nel precedente conflitto, il 21 febbraio 1940 ricevette da Hitler l'incarico di preparare il piano di invasione di Danimarca e Norvegia; in appena cinque giorni von Falkenhorst preparò un abbozzo di piano operativo, che riscosse grande successo presso Hitler e che venne messo in atto. Il piano, che coinvolgeva tutte e tre le Forze armate in egual misura (Esercito, Marina e Aviazione) e che quindi viene ritenuto la prima operazione militare combinata della storia, si dimostrò un successo, anche se piuttosto costoso: la Danimarca capitolò in tre ore, l'esercito norvegese, colto di sorpresa, oppose una resistenza disorganizzata, e un contingente Alleato di truppe francesi e britanniche inviato in soccorso della Norvegia fu costretto a ritirarsi dopo aver subito pesanti perdite. Per il suo successo, von Falkenhorst ricevette la Croce di Cavaliere il 30 aprile 1940, venendo poi assegnato al comando delle forze di occupazione tedesche in Norvegia.