霸王行动

行動準備

1940年6月，德軍在法國戰役中大獲全勝，阿道夫·希特勒稱其為「史上最著名勝利」。英國遠征軍受困於法國北部海岸地帶，但在敦克爾克大撤退（5月27日至6月4日）後成功將超過338,000名士兵撤回英格蘭。10月4日，英國戰略計劃部門向首相溫斯頓·邱吉爾做出報告，稱即便有大英國協諸國及美國協同參與，盟軍亦無可能在短期內重新立足歐洲大陸。1941年6月德國入侵蘇聯，蘇聯領導人約瑟夫·史達林開始呼籲西方盟國於西歐開闢第二戰場。邱吉爾認為即便有美國幫助英國亦無足夠軍力發動這一行動，且尚無意重蹈第一次世界大戰中索姆河及巴雪戴爾的覆轍（正面攻擊損失慘重），由此拒絕了史達林的請求。1942年至1943年期間盟軍先後提出代號為圍捕（Roundup）及巨錘（Sledgehammer）的兩個行動方案，但英方認為兩個方案均不切實際且難以成行。由此盟軍轉而於1942年11月入侵法屬北非，1943年7月入侵西西里，1943年9月入侵義大利本土。這一系列行動為盟軍提供了寶貴的兩棲作戰經驗。
1943年5月於華盛頓召開的三叉戟會議正式決定於次年發動跨海入侵行動。邱吉爾希望盟軍通過地中海戰場直搗德國，但其美國盟友（提供多數人員及裝備）否決了這一提議。英軍中將弗雷德里克·E·摩根受任盟軍最高司令部總參謀長，負責進行詳細計劃事宜。由於地中海及太平洋戰場的需求，最初計劃在登陸艦船數量方面廣泛受限。盟軍自1942年8月19日迪耶普戰役的失利中獲取教訓，決定在首次登陸行動中不對防禦嚴密的法國港口發動進攻。迪耶普戰役亦表明了火炮支援、空中支援（密接空中支援尤甚）及近岸艦船的重要性。有效空中支援的前提是戰機必須能盡久覆蓋行動區域，但英軍噴火戰機及颱風戰機行動距離不遠，因此登陸點選擇相對受限。摩根提出了四個計劃登陸點：布列塔尼半島、科唐坦半島、諾曼第地區及加萊海峽。布列塔尼和科唐坦均為半島，德軍可通過控制地峽截斷盟軍行進，此二方案由此遭到否決。
加萊海峽為歐洲大陸距英國最近點，亦為V-1火箭及V-2火箭（均處開發階段）的發射地點。德軍認為加萊海峽最可能為盟軍登陸點，由此對其嚴加防範。加萊區域河流及運河眾多，進一步擴展行動規模的可能性有限，而諾曼第戰線範圍較廣，登陸後可對瑟堡港、布列塔尼區域諸港及巴黎同時造成威脅，便於後期直搗德國。綜上考慮，諾曼第最終選定為登陸點。諾曼第區域的最嚴重問題是港口不足，對此盟軍決定研發人造港口以克服這一障礙。
盟軍最高司令部總參謀部計劃於1944年5月1日發動入侵。1943年8月的魁北克會議批准了這一計劃的最初草案。美軍上將德懷特·艾森豪受任為盟軍遠征部隊最高司令部司令。英軍上將伯納德·蒙哥馬利則受任為第21集團軍總司令，負責指揮參與入侵行動的全部陸軍人員。1943年12月31日，艾森豪和蒙哥馬利首次閱讀了入侵計劃。計劃稱盟軍三個師將發動兩棲登陸，兩個師將提供支援。兩人立即要求將行動規模擴展至五個師，亦當有三個師進行空降行動，由此將擴寬戰線，加速奪取瑟堡港。行動規模擴展後需要進一步獲取或製造登陸艦船，由此入侵日期推遲至6月。最終參與諾曼第戰役的盟軍數目為39個師，包括22個美國師、12個英國師、3個加拿大師、1個波蘭師和1個法國師，總人數超過100萬，均由英國方面進行指揮。

盟軍光復計劃

自歐洲大陸奪取大規模切入點的行動代號為「大君主」。行動第一階段計劃發動兩棲攻擊並建立落腳點，代號為「海王星行動」（Operation Neptune）。為獲取制空權以保證入侵成功，盟軍對德國飛機製造業、燃料補給及機場發動了一系列轟炸，稱直射行動（Operation Pointblank）。運輸計劃（Transport Plan）則對法國北部通訊設施及公路鐵路發動轟炸，由此加大增援難度。轟炸範圍廣泛，由此可保證不泄露入侵的具體地點。盟軍亦計劃發動一系列欺敵計劃，由此使德軍無法準確判斷入侵的時間和地點。
盟軍將諾曼第海岸劃分為十七個區域，以拼寫字母逐一命名，自奧馬哈海灘西側的「Able」延伸至寶劍海灘東側的「Roger」。入侵計劃擴展至科唐坦半島的猶他海灘後亦增添了八個新區域。每個區域則細分為不同海灘，以綠、紅和白三色命名。
登陸行動發起前，空降部隊將先空投至東側的卡昂附近並奪取奧恩河河畔橋樑，西側則空投至卡朗唐北側。行動初期目標為奪取卡朗唐、伊西尼、巴約及卡昂。美軍將於猶他（Utah）和奧馬哈（Omaha）海灘登陸，橫截封鎖科唐坦半島並奪取瑟堡的港口設施。英軍和加軍將於寶劍（Sword）、黃金（Gold）及朱諾海灘（Juno）登陸，奪取卡昂，並由卡昂東南至科蒙萊旺泰建立前線，保護美軍側翼，並於卡昂附近建立機場。同時卡昂及其臨近區域將成為英加兩軍向南突擊奪取法萊斯的發起地。入侵發動後三周內將鞏固阿夫朗什-法萊斯線北部全部奪取領土。此後盟軍將轉向東側，向塞納河挺進。
海軍部隊由英軍上將伯特倫·拉姆齊爵士指揮，分為西海軍特遣隊（艾倫·G·柯爾克上將指揮，支援美軍區域）及東海軍特遣隊（菲利普·維安爵士上將指揮，支援英加軍區域）。美國陸軍第1軍團由奧馬爾·布雷德利中將指揮，包括第7軍（猶他海灘）及第5軍（奧馬哈海灘）。英國陸軍第2軍團由邁爾斯·登普西中將指揮，包括第30軍（黃金海灘）及第1軍（朱諾海灘及寶劍海灘）。陸軍總司令為蒙哥馬利，空軍則由空軍上將特拉福德·利-馬洛里爵士指揮。加拿大陸軍第1軍團包括來自波蘭、比利時和荷蘭的人員。其他同盟國亦派出人員參與行動。

偵查

由1944年4月始至入侵行動發起時，同盟國空軍遠征部隊總共進行了超過3,200次的照相偵察行動。海岸區域的照片均於及低海拔拍攝，明確展示地形、海灘障礙物以及地堡和炮台等防禦工事。為防止德軍推測出行動的具體地點，偵查任務須於全歐洲海岸線進行。行動中亦拍攝了內陸地帶的地形、橋樑、軍隊動向和建築，通常自多角度拍攝，由此為盟軍提供儘可能多的信息。聯合作戰領航組成員亦秘密準備了港口地圖，並對水深程度進行了測量。
英國廣播公司向全國召集歐洲旅遊相片及明信片，收穫物件超過一千萬，其中一些提供了有用的信息。法國抵抗運動亦收集情報，報告德軍軍隊動向及地堡和其他防禦工事的建築技術。
諸多德國無線電訊息均由恩尼格瑪密碼機及其他方式加密，密碼頻繁變更。駐於布萊切利園的解密小組負責儘快破譯每組新密碼，預先報告德方計劃及軍隊動向。以此方式獲取的情報稱Ultra情報，只有最高級別的指揮官方可獲知。西方戰線總司令格爾德·馮·倫德施泰特元帥的恩尼格瑪密碼於3月底成功破譯。6月6日盟軍登陸後密碼迅速變更，但至6月17日盟軍得以繼續穩定解密新訊息。

新科技

盟軍自迪耶普戰役慘敗中吸取教訓，開始研發一系列新科技以保證大君主作戰成功執行。部分登陸艇裝備火炮及反戰車炮，與離岸炮及空中力量共同提供近距離支援。盟軍決定不進攻任何防禦嚴密的法國港口，由此設計建造了兩個人造港，稱桑椹港。人造港包括一外層浮動防波堤，內層混凝土沉箱（稱鳳凰防波堤）及多個浮動碼頭。桑椹港亦由障礙船提供掩護，代號鵝莓（Gooseberries）。盟軍認為登陸後很難自歐洲大陸獲取燃料，由此設計建造了海底油管，代號冥王星（Operation Pluto）。油管直徑3英寸（7.6公分），將在D+18日前橫貫英吉利海峽，連接懷特島及瑟堡。技術問題及瑟堡戰況導致油管在9月22日才投入運作。10月末第二條油管連接了鄧傑內斯和布洛涅。
為應對諾曼第戰役的特殊狀況，一系列特型戰車亦開發出來，稱荷巴特滑稽戰車，由珀西·荷巴特少將組織研發。戰車原型為M4謝爾曼戰車及邱吉爾戰車。改裝後的新戰車包括謝爾曼螃蟹戰車（裝備鏈擊式掃雷器）、邱吉爾鱷魚戰車（噴火戰車）及裝甲架橋車（其他戰車可架於其上行駛以跨越海塘或其他障礙）。諾曼第地區部分海灘沙層過軟，無法承載戰車，帆布捲筒戰車將部署一層強化帆布以解決這一問題。帆布部署後可留于海灘上，供其他戰車使用。皇家工兵裝甲車可執行多種任務，包括建立橋樑及向碉堡內發射大型炸藥。複合驅動戰車（DD戰車）為一自驅動兩棲戰車，以防水漂浮帘布包裹壓縮空氣，由此可在水上行駛。這些戰車容易傾覆，諸多於D日在抵達海岸前即已沉沒，奧馬哈海灘狀況尤其嚴重。

軍事欺騙

在入侵發起前數月，盟軍發動保鏢行動（Operation Bodyguard），旨在使德軍對登陸日期及地點做出錯誤判斷。堅忍行動包括兩個組成部分：北部堅忍行動（Fortitude North）通過偽造無線電訊息使德軍誤認為盟軍將進攻挪威，南部堅忍行動（Fortitude South）則規模較大，旨在使德軍誤認登陸地點將為加萊海峽。盟軍建立美國陸軍第1集團軍這一虛假軍事單位，駐地為肯特郡及薩塞克斯郡，總指揮為喬治·巴頓中將，並建造一系列假戰車、假卡車及假登陸艇，置于海岸附近。包括加拿大陸軍第2軍及加拿大陸軍第2師在內的多個軍事單位遷入這一區域，造成一大規模軍隊於此集結的假象。除假無線電情報外，英國陸軍第21集團軍的真無線電情報則導往肯特郡然後對外播報，進一步營造多數盟軍軍力均駐於此的假象。巴頓在英格蘭駐留至7月6日，使德軍誤認為盟軍將於加萊發動第二次登陸。同盟國士兵及平民均了解這一行動的機密程度，參與行動的軍隊則儘可能地同外界隔離，在臨近行動發起日尤甚。美軍一將官在一派對中泄露了行動日期，此後立即被灰頭土臉地召回美國。
德方自認為在英國擁有廣泛的情報網，但事實是所有德方特工均已遭逮捕，其中一些則已在出賣體系（Double-Cross System）之下轉投盟軍一方，成為雙重間諜。胡安·普約爾·加西亞即為其中一員。普約爾為西班牙裔，厭惡納粹，其代號為嘉寶（Garbo），在D日前兩年時間內發展出一偽情報網。在D日前數月，普約爾向馬德里上級發出數百條訊息，這些訊息均由英國情報部門籌備，旨在使德軍誤認為盟軍將於7月登陸加萊。
盟軍在登陸行動發起前摧毀了諸多法國沿岸的德軍雷達站。登陸前夜，英國皇家空軍第617中隊執行徵稅行動（Operation Taxable），空投金屬箔片（稱「窗」；Window），德方雷達站誤解其為海軍護航隊。為進一步營造假象，一支小型船隊拖載防空氣球途徑海域。英國皇家空軍第218中隊亦於閃光行動（Operation Glimmer）中在布洛涅附近空投「窗」。同夜，特種空勤團小隊於勒阿弗爾和伊西尼安置了虛假的空降兵。德軍由此誤認為遭受了空降襲擊。

演習及保密

大君主作戰演練早在1943年7月即已開展。德文郡小鎮斯拉普頓附近海灘同諾曼第相似，由此盟軍選定其為演習地點，1943年12月疏散當地居民並接管小鎮。演習使用登陸艇及海灘障礙物。1944年4月28日，在老虎演習（Exercise Tiger）過程中德軍魚雷艇突襲斯拉普頓，參加演習的「U」突襲隊749名美軍士兵喪命。同時盟軍亦於蘇格蘭因弗雷里聯合訓練中心進行了登陸實彈演習，於北愛爾蘭則進行了海軍演習，倫敦的醫療小隊則對可能發生的大量死傷狀況進行了演練。空降兵亦進行了演練，包括1944年3月23日一次大規模空降演習，邱吉爾和艾森豪等高官到場觀摩。
登陸行動必須在戰術上出其不意。登陸的具體時間及地點只有軍隊最高級別人士方可知曉。5月底將士均鎖入兵營，同外界徹底隔絕。作戰指示使用的地圖絕對準確，但地名是錯誤的，絕大多數將士在出海後才得知行動目的地。英國同時對新聞進行嚴加管制，進一步提升了欺敵行動的有效性。來往愛爾蘭共和國遭到禁止，英格蘭海岸數公里內的行動亦受限制。

天氣預報

行動計劃者對行動條件做出了一系列限制，由此每個月僅有幾日可發動入侵。滿月可為飛行員提供照明，亦可提供最高潮。盟軍希望於拂曉前、高低潮之間及漲潮時發動登陸行動，由此敵軍所部署障礙的能見度將提升，盟軍士兵暴露在外時間將降至最短。計劃者亦對理想風速、能見度及雲量做出了指定。艾森豪最初計劃於6月5日發動攻勢，但6月4日所見狀況為大風，水勢兇猛，登陸艇難以發動，雲層過低，飛機無法找到目標，登陸無法進行。
6月4日夜，由英國皇家空軍詹姆斯·斯塔格上校領導的盟軍氣象小組估計天氣狀況將會好轉，入侵行動可於6月6日發起。斯塔格同艾森豪及其他高級指揮官於索思威克府就相關事宜進行了商討。蒙哥馬利及艾森豪的參謀長沃爾特·比德爾·史密斯少將希望儘快發動攻勢。伯特倫·拉姆齊稱海軍已準備出動，而特拉福德·利-馬洛里則對這一天氣狀況下盟軍飛機的有效性有所顧慮。在經過長時間討論後，艾森豪決定發動入侵。由於盟軍基本掌控了大西洋，德方氣象人員所獲信息相對較少。位於巴黎的德國空軍氣象中心預報未來兩周內將有風暴，諸多德軍指揮官由此離崗前往雷恩參加演習，許多士兵亦獲准休假。埃爾溫·隆美爾元帥則返回德國慶祝其妻生日，並向希特勒索求更多戰車。
倘若艾森豪決定推遲行動，潮汐適宜的下一日期將為兩周後的6月18日至6月20日，但此時將無滿月。事實上到這一時段盟軍將遭遇為期四日的風暴天氣（6月19日至6月22日），登陸更無可能進行。

德軍準備及防禦

納粹德國在法國及低地國家部署有50個師，在丹麥和挪威則部署有18個師。15個師正於德國進行組建，但並無戰略預備。加萊區域的守方為第15軍團，諾曼第守方則為第7軍團，指揮官為弗雷德里希·多爾曼上將。戰爭期間的戰鬥傷亡（尤其於東方戰線）意味著德國已無法大量徵召青年人參戰。德軍士兵平均年齡要比盟軍士兵大六歲。諾曼第區域諸多守軍為東方軍團人員，即來自突厥斯坦、俄羅斯、蒙古及其他區域的強徵兵和「志願者」，其裝備多為俘獲，可靠性差，機動運輸嚴重缺乏。日後抵達的軍隊（如親衛隊第12師「希特勒青年團」）相對較為年輕，裝備較精良，訓練程度較高。

大西洋壁壘

1942年的聖納澤爾和迪耶普兩次突襲後，希特勒下令於大西洋海岸（西班牙至挪威）建造防禦工事，以抵禦下一次盟軍入侵。他設想當有15,000個防禦點及300,000名守軍，但人力和混凝土短缺導致絕大多數防禦點未能成行。德方認為加萊海峽將為登陸點，對其進行嚴加防衛。諾曼第區域防禦最為嚴密的是瑟堡和聖馬洛的港口設施。
1943年10月倫德施泰特像希特勒提交報告，稱法國區域防禦狀況欠佳，希特勒由此任命隆美爾負責在潛在入侵區域進一步建設防禦工事，區域自荷蘭延伸至瑟堡。隆美爾指揮重組的B集團軍，包括第7軍團、第15軍團及荷蘭守軍。由於納粹德國指揮結構混亂，隆美爾難以完成其任務。托特組織聽命於軍備部長阿爾伯特·斯佩爾，隆美爾對其無權發號施令，建設任務有時尚需派遣軍人完成。
隆美爾認為諾曼第海岸可能為登陸點，由此下令在此區域廣泛建設防禦工事，在戰略地點部署混凝土炮台，並于海灘安置木樁、金屬三腳架、地雷及大型反戰車障礙，以此減緩登陸艇近岸速度並阻礙戰車行進。他斷定盟軍不希望其士兵在外暴露過久，將選擇於高潮時登陸，由此下令將諸多障礙物置於高潮點。他亦安置了刺鐵絲網和機關陷阱，並去除了潛在掩護體，使盟軍登陸更加危險。在隆美爾命令之下，海岸附近的地雷數量增了兩倍。盟軍擁有制空權（諾曼第共4,029架盟軍飛機參與行動，5,514架飛機參與轟炸及防禦，而德軍在法國及低地國家則僅有570架飛機），因此德軍在草地和原野部署了所謂的「隆美爾蘆荀」陷阱，以阻礙空降行動。

機動預備役

隆美爾認為德軍應當在海岸遏止入侵，由此請求在近岸部署機動預備役（尤其是戰車）。倫德施泰特、萊奧·蓋爾·馮·施韋彭堡（西部裝甲軍團總司令）及其他高級指揮官則認為不可能在灘頭遏止入侵。蓋爾希望採取傳統策略，將裝甲部隊集結於巴黎和魯昂的中央地帶，在確定盟軍灘頭陣地後再進行部署。他亦指出在義大利戰役中距離海岸過近的裝甲部隊遭海軍炮擊受損。隆美爾則反稱盟軍擁有制空權，入侵行動開始後德軍將無法大規模調動戰車。希特勒做出最終決定，將三個裝甲師留予蓋爾指揮，三個裝甲師則作為預備役由隆美爾指揮。希特勒則親自指揮四個師作為戰略預備，只有元首本人直接下令才可進行調動。

入侵

你們馬上就要踏上征程去進行一場偉大的聖戰，我們已經為此精心準備了數月。全世界的目光都注視著你們，各地熱愛和平的人們的期望與祈禱與你們同行。你們將與其他戰線上的勇敢盟軍兄弟一起並肩戰鬥，摧毀德國的戰爭機器，推翻壓在歐洲人民身上的納粹暴政，保衛我們在一個自由世界的安全。
——艾森豪，致盟軍信
截至1944年5月，150萬美軍士兵已抵達英國，絕大多數駐紮於英格蘭西南臨時營地，準備橫跨海峽攻擊西部登陸區域。英軍及加軍士兵則駐紮於偏東側，營地遍布於南安普敦和紐哈芬間，一些士兵還直接駐紮於英格蘭東海岸以準備參與後續登陸行動。在移動控制（Movement Control）這一複雜體系之下，士兵和車輛將自20個出發點準時出動。一些士兵在出發前近一周即已登船。船隻於懷特島東南側一集結點（暱稱「皮卡迪利圓環」）集合，然後橫渡英吉利海峽。6月5日夜，掃雷艦出發開始清理魚雷，一千架轟炸機則於拂曉前出動，對海岸防區進行攻擊。午夜前近1,200架飛機飛離英格蘭，在登陸行動開始前數小時空投三個空降師至敵軍陣地後方。美國第82空降師及第101空降師負責攻取猶他海灘西側科唐坦半島的目標，英國陸軍第6空降師則負責奪取卡昂運河及奧恩河橋樑。自由法國第4特種空勤營538名士兵則負責攻取布列塔尼半島目標。D日當天近132,000名士兵乘船渡海，24,000名士兵則乘機跨海。5時45分，五艘戰艦、二十艘巡洋艦、六十五艘驅逐艦及兩艘淺水重炮艦正式打響首輪海軍炮擊，炮擊持續至6時25分。約6時30分起，步兵陸續抵達海灘。

海灘

美國陸軍第4狙擊師負責攻擊猶他海灘，但在水流影響之下其登陸點向目標南側偏離了1,800公尺（2,000碼）。即便如此，第4狙擊師作戰相對順利，並未遭遇有效抵抗，損失不超200人。狙擊師向內陸推進，遠未達成首日目標，但仍舊成功推進了4英里（6.4公里），同第101空降師會師。猶他海灘西側的空降行動並未成功，僅10%的空降兵落入預定空投區。由於無線電有限且地形阻礙嚴重（樹籬、石牆及沼澤），空降兵難以組織成為有效作戰單位。第82空降師成功奪取聖梅爾埃格利斯，並試圖保護盟軍西部側翼，但並未成功奪取梅德列河渡河點，導致封鎖科唐坦半島進程推遲。第101空降師負責保護南部側翼，並奪取杜沃河拉巴爾基特水閘，但首日並未奪取臨近橋樑。
詹姆斯·拉德爾中校指揮第2遊騎兵營兩百名士兵，以繩索及繩梯攀登奧克角30公尺（98英尺）懸崖，摧毀上方的炮台。美軍迎火力登上懸崖，發現火炮已經撤離。經過搜索，士兵在奧克角南約550公尺（600碼）處一果園中發現火炮，無人防守但已準備開火，因此美軍解除其武裝。德軍攻擊奧克角，美軍孤立無援，一些士兵被俘。至D+1日拂曉，拉德爾麾下僅有90人可繼續作戰。第743戰車營至D+2日方抵達，解除了這一困局。
奧馬哈海灘防禦最為嚴密，由美國陸軍第1狙擊師負責奪取，美國陸軍第29狙擊師提供支援。美軍預計將迎戰一個團的兵力，但事實上守方為一個師（德軍第352狙擊師）。激流導致諸多登陸艇向東偏離或延遲抵達登陸點。由於上方懸崖火力兇猛，盟軍在奧馬哈的損失要超過其他所有登陸點的總和。海灘上障礙物無法迅速清除，由此高層於08:30下令暫停車隊登陸行動。與此同時一組驅逐艦抵達灘頭，提供火力掩護。美軍僅能通過五條峽谷突出海灘，截至傍午僅有不足六百名士兵抵達高地。至午間盟軍炮擊已見成效，德軍彈藥開始耗盡，美軍得以進一步開拓灘頭通道，並清除德軍防禦工事，車輛也得以開離灘頭。此後數日灘頭逐漸拓寬，D日目標在D+3日終於達成。
黃金海灘的大風導致登陸艇難以操控，兩棲DD戰車被迫直接登陸灘頭而非相對遠離灘頭。盟軍空襲未能擊中勒阿梅爾火力點，勒阿梅爾75毫米火炮持續攻擊盟軍直至16時。在西側，皇家漢普郡團第1營成功奪取阿爾羅芒謝（日後桑椹港B即位於此地），黃金海灘盟軍亦成功與朱諾海灘的加軍會師。
朱諾海灘水勢兇猛導致步兵登陸推遲，且步兵先於支援裝甲登陸，下艇時遭受大量損失。海軍炮擊多數未能擊中德軍守方。即便如此，加軍迅速奪取了灘頭並開拓了兩條通往前往村落的通道。由於盟軍未能及時奪取濱海貝尼，朱諾海灘遭遇阻塞，但截至傍晚朱諾與黃金海灘已經聯結，覆蓋灘頭區域寬達12英里（19公里），深達7英里（10公里）。盟軍於朱諾海灘損失961人。
寶劍海灘25輛DD戰車中的21輛成功抵達灘頭，步兵在戰車掩護下於7時30分開始登陸，迅速奪取灘頭並開拓多條通道供戰車使用。大風導致海潮來得過快，裝甲部隊難以調動。國王什羅普郡輕步兵團第2營步行至距卡昂數公里處，但由於缺乏裝甲掩護被迫撤回。16時00分，德軍第21裝甲師於寶劍和朱諾海灘間發動反攻，幾乎成功抵達海峽。英國陸軍第3狙擊師頑強抵抗，第21裝甲師很快被迫撤回，前往卡昂與巴約間支援防禦任務。
D+1日起桑椹港組件開始抵達，截至6月中旬人造港已投入使用。英軍在阿爾羅芒謝組建一港，美軍則在奧馬哈組建另一港。6月19日的風暴導致補給推遲抵達，並摧毀了奧馬哈的桑椹港。阿爾羅芒謝桑椹港在經修復後每日可接收近6,000噸軍需，並於未來十個月持續使用，但在7月16日盟軍清除瑟堡港口水雷及障礙前多數軍需仍舊直接運至灘頭。
盟軍首日傷亡人數超過10,000人，其中4,141人確認陣亡，德軍則損失1,000人。盟軍計劃首日奪取卡朗唐、聖洛、卡昂及巴約，並聯結除猶他外的所有海灘，建立距海岸10至16公里（6至10英里）的前線，但如上目標全部落空。五個灘頭至6月12日才成功聯結，此時盟軍前線寬度達97公里（60英里），縱深達24公里（15英里）。主要目標卡昂在D日完結時仍為德軍所控制，直至7月21日才為盟軍所奪取。6月6日近160,000名士兵橫渡英吉利海峽，至8月底超過200萬盟軍士兵已成功抵達法國。

瑟堡

美軍負責攻取位於立足點西側的科唐坦半島，尤其當奪取深水良港瑟堡。猶他和奧馬哈海灘前方為灌叢地形，堤岸旁為高3至4英尺（0.91至1.2公尺）的帶刺樹籬，兩側均有壕溝，諸多區域亦為射擊掩體及機槍座所保護，多數道路過於狹窄，戰車無法通行。德軍亦放海水淹沒了猶他海灘前方近2英里（3.2公里）的區域。半島守軍包括德軍第91狙擊師及第第243和第709靜態狙擊師。截至D+3日，盟軍指揮部意識到無法迅速奪取瑟堡，於是決定封鎖科唐坦半島以阻止德軍後援。經驗有限的美國陸軍第90狙擊師試圖奪取瑟堡未果，由此第7軍總指揮約瑟夫·勞頓·科林斯少將決定派遣經驗豐富的第9狙擊師執行這一任務。第9狙擊師於6月17日抵達半島西岸，成功封鎖瑟堡。6月19日第9、第4及第79狙擊師經歷激烈交戰，奪取半島控制權。6月26日，盟軍奪取瑟堡，但此時德軍已摧毀其港口設施。瑟堡港至9月才重新投入運作。

卡昂

盟軍在卡昂區域同德軍第21裝甲師及親衛隊第12師「希特勒青年團」等進行激烈交戰，戰鬥逐漸陷入僵局。在高處行動（Operation Perch）中，英國陸軍第30軍試圖向南方潘松山挺進，但很快放棄了正面攻擊策略，轉而採用鉗形攻勢以包圍卡昂。第30軍試圖自瑟萊河畔蒂利自維萊博卡日採取側翼行動，而第1軍則試圖繞過卡昂前往東側。第1軍攻勢迅速被遏止，而第30軍在短暫攻取維萊博卡日後裝甲部隊遭遇埋伏，打響為期一日的維萊博卡日戰鬥。英軍被迫撤回瑟萊河畔蒂利。6月17日至23日風暴導致埃普索姆行動（Operation Epsom）推遲。6月26日行動重啟，第8軍試圖繞往卡昂西南側並發動攻擊，同時在奧東河南岸建立橋頭堡。本次行動未能攻取卡昂，但德軍戰車損失慘重，被迫投入其全部裝甲單位。倫德施泰特稱戰爭已經失敗，隨即於7月1日解除西線總司令職位，由君特·馮·克魯格接替其職。7月7日盟軍對卡昂發動大規模轟炸，7月8日至9日的查恩伍德行動（Operation Charnwood）後盟軍則奪取了奧恩河北岸區域。7月18日至21日的大西洋行動（Operation Atlantic）及古德伍德行動（Operation Goodwood）兩波攻勢則宣告卡昂完全陷落，同時盟軍亦奪取了南部的高地，但此時卡昂全城近乎已遭摧毀。7月20日德國抵抗運動試圖刺殺希特勒，但未能成功。

突破灘頭

在奪取聖洛以北科唐坦半島全部區域後，美國陸軍第1軍團於7月25日發動眼鏡蛇行動，向南方的阿夫朗什挺進，並於8月1日抵達目標。喬治·巴頓中將指揮的美國陸軍第3軍團（8月1日重組）迅速奪取布列塔尼半島大部分地區及羅亞爾河以北地帶，第1軍團則向東側利曼施壓，以此保衛第3軍團側翼。8月3日，第3軍團分出一小部以駐守布列塔尼，主力則轉向東側，迎擊卡昂南方德軍主力。與此同時，英軍於7月30日發動藍衣行動，奪取維爾及潘松山高地。希特勒不顧克呂格反對，於8月4日下令發動盧提西行動，自維爾朝阿夫朗什方向進行反攻。
8月8日加拿大陸軍第2軍發動總計行動（Operation Totalize），自卡昂向南朝法萊茲進軍。布雷德利和蒙哥馬利意識到盟軍有機會將德軍主力合圍於法萊茲。巴頓的第3軍團在南方繼續進行包圍行動，於11日抵達阿朗松。14日前希特勒持續要求進行反攻，但克呂格等人已開始私下計劃向東撤退。由於希特勒執意親自做出重要決斷，德軍行動遭到嚴重影響，在信息往來於希特勒位於巴伐利亞的上薩爾茲堡居所期間，德軍有時長達24小時指令不明。8月12日巴頓聯絡布雷德利，詢問第3軍團是否應當北上以完成合圍，但布雷德利已將此任務交予加拿大第1軍團執行。加軍遭遇頑強抵抗，但仍於8月16日成功奪取法萊茲。8月21日盟軍成功合圍50,000名德軍士兵，但超過1/3的第7軍團及11個裝甲師中的9個得以成功向東脫逃。包括巴頓在內的美軍指揮官對蒙哥馬利的法萊茲決策作出了批評，布雷德利態度則較為寬容，認為巴頓軍無法完成合圍。這一問題在史學界得到廣泛討論，史學界亦對美軍、英軍及加軍進行了批評。8月15日希特勒解除克呂格職位，瓦爾特·莫德爾元帥接替西線總司令一職。希特勒已察覺克呂格在7月20日密謀案中所扮演的角色，克呂格即於8月19日負罪自殺身亡。8月15日，盟軍發動龍騎兵行動，入侵法國南部。
8月19日法國抵抗運動在巴黎發動起義。艾森豪原計劃繞過巴黎攻擊其他目標，但戴高樂得知巴黎市民遭受饑荒及希特勒有意毀城，強烈要求立刻進軍巴黎。8月24日，菲利普·勒克萊爾指揮的法國第2裝甲師由西側抵達巴黎，美國第4狙擊師則自南側抵達。戰事持續整夜，8月25日早晨巴黎全城解放。
英軍和加軍區域軍事行動一直持續至月底。8月25日，美國陸軍第2裝甲師突入埃爾伯夫，與英軍及加軍裝甲師會師。8月27日早晨加拿大第2狙擊師進軍魯夫賴森林。該區域防守嚴密，地形對守軍有利，德軍開展為期三日的阻滯戰，加拿大第4及第6旅損失嚴重。8月29日德軍撤退，並於8月30日撤至塞納河對岸。8月30日加拿大第3狙擊師自埃爾伯夫附近跨越塞納河，進軍魯昂，受到民眾熱烈歡迎。

戰役告終

9月1日艾森豪成為盟軍陸軍總指揮。由於擔心德軍反攻且運抵法國軍需有限，他決定繼續在全戰線進行廣泛行動而非局部突進。9月12日的西格弗里德戰線推進行動中，諾曼第盟軍與法國南部盟軍成功會師。9月17日蒙哥馬利發動市場花園行動，英美兩軍試圖通過空降奪取荷蘭橋樑，以便盟軍跨越萊因河進軍德國，但行動未能成功。盟軍缺乏補給（燃料尤甚）且遭遇德軍頑強抵抗，推進速度放緩。12月16日德軍發動其西線最後一次主要攻勢阿登反擊戰（即突出部之役）。1月12日蘇聯於東線發動維斯瓦河-奧德河攻勢，節節勝利。4月30日蘇軍挺進柏林，希特勒自殺身亡。1945年5月7日德國戰敗投降。
諾曼第登陸為史上規模最大的海上入侵行動，登陸及攻擊艦船近5,000艘，護航船289艘，掃雷艦277艘。行動加速推動了歐洲戰事的終結，大量德軍自東線轉移至西線，加快了蘇聯的進軍速度。西方第二戰線的開闢對德軍心理打擊巨大，德國自第一次世界大戰後再次陷入雙線作戰的噩局。諾曼第戰役宣告了蘇聯與西方國家「歐洲競賽」（Race for Europe）的開始，部分史學家認為這亦宣告了冷戰的開始。
盟軍在諾曼第戰役的勝利原因諸多。德軍在大西洋防線的防禦工事建設遠未完成，D日前夕隆美爾稱部分區域的完工程度僅達18%，大量建設資源被調往其他領域。堅忍行動大獲成功，迫使德國必須分散兵力保衛一條頗為狹長的海岸線。盟軍亦擁有制空權，由此德方無法觀察英國的準備狀況，亦無法通過轟炸對其進行干擾。盟軍轟炸及法國抵抗運動成功破壞了法國交通設施，導致德軍無法有效進行後援和補給。盟軍開局階段的炮擊通常未中目標且過於分散，但特型裝甲部隊在除奧馬哈海灘外的區域充分發揮其作用，為登陸部隊提供了近距離火力掩護。德軍指揮結構混亂，決策猶豫，亦為盟軍最終勝利添磚加瓦。

盟軍

D日至8月21日，盟軍2,052,299名士兵登陸法國北部。盟軍與德軍在諾曼第戰役中損失均頗為慘重。6月6日至8月底間，美軍傷亡人數達124,394人，其中20,668人陣亡。加拿大第1軍團及英國第2軍團共損失83,045人，其中15,995人陣亡，57,996人負傷，9,054人失蹤，其中加拿大損失18,444人，5,021人陣亡。盟軍飛機出動480,317架次以支援登陸行動，損失4,101架飛機及16,714名飛行員（美國空軍8,536人，英國空軍8,178人）。自由法國特勤力量77人陣亡，197人負傷或失蹤。盟軍損失戰車數量約為4,000輛，美軍及英加軍損失大致均等。史學界對戰役總損失程度存在局部分歧，最低估計為225,606人，最高估計則為226,386人。

德軍

D日與8月14日（龍騎兵行動發起前）間，在法德軍通報損失158,930人。德軍在法萊茲包圍戰中損失50,000人，其中10,000人陣亡，40,000人被俘。諾曼第戰役德軍總損失估計約為400,000人（200,000人傷亡，200,000人被俘）、500,000人（290,000人傷亡，210,000人被俘）或530,000人。
德軍戰車損失具體數目不詳。近2,300架戰車及突擊炮投入戰鬥，但在戰役收尾階段僅有100至120架撤回塞納河。德軍通報D日至7月31日間損失481輛戰車，但英方第21集團軍第2運籌組的研究表明盟軍於6月和7月摧毀了近550輛德軍戰車，8月則摧毀500輛德軍戰車，總計為1,050輛，其中有100輛為空軍擊毀。德國空軍損失飛機2,127架。到諾曼第戰役結束時，55個德軍師（42個狙擊師及13個裝甲師）已經喪失作戰能力，其中數個師已經解散。截至9月，西線總司令部報告稱僅有13個狙擊師、3個裝甲師和2個裝甲旅擁有作戰能力。

法國平民及歷史建築

諾曼第戰役期間有13,632至19,890名法國平民死亡，諸多平民嚴重受傷。諾曼第地區有11,000至19,000名平民死於戰役開始前的轟炸行動。第二次世界大戰期間法國平民死亡總人數達70,000人。在戰役結束後，地雷與未爆炸彈藥持續導致諾曼第平民死傷。
盟軍最高司令部於戰役開始前下發命令，要求限制對法國文化遺產的破壞程度，這一命令日後成為《1954年海牙公約》的基礎。列於官方民政紀念目錄中的文化遺產，未經上級批准情況下軍隊不得使用。即便如此，盟軍仍舊對區域內的教堂尖塔及其他石制建築進行了破壞，以阻止其為德軍所用。同時盟軍亦禁止工人使用歷史遺蹟碎石修復道路，亦禁止私自搜尋文物。包括貝葉掛毯在內的諸多文化遺產在戰爭開始時即轉移至利曼附近的蘇施城堡，由此得到保存。德軍亦對保護建築進行了登記，但其目的是保存此類建築以供德軍士兵使用。
諾曼第區域諸多城鎮在戰鬥與轟炸中遭徹底摧毀。卡昂戰役完結時全城僅可供居住點僅餘8,000個（卡昂人口超過60,000）。卡昂擁有18座登記教堂，其中4座嚴重受損，5座徹底遭毀，另有66個登記遺蹟遭到摧毀。卡爾瓦多斯省（諾曼第灘頭所在地）76,000名居民無家可歸。卡昂戰前有210名猶太居民，僅有一人倖存至戰後。
撤退的德軍、入侵的盟軍及當地的法國居民均參與了劫掠行動，如英軍即劫掠了卡昂的文物博物館及巴約的奧德里厄城堡。盟軍反對劫掠行為，並對參與者進行了懲罰。

紀念及旅遊

諾曼第區域的海灘仍以其代號聞名。重要地點有牌匾、紀念碑和小型博物館等，旅遊指南及地圖亦可獲取。部分德軍據點得到了保存，奧克角自1944年以來近乎沒有任何變化。桑椹港B的殘骸仍舊位於阿爾羅芒謝海岸。這一區域亦有多個大型墓園，死於諾曼第戰役中的盟軍和德軍士兵下葬於此。