1942年6月，苏美和苏英发表联合公报，达成在欧洲开辟第二战场的充分谅解和共识，但英国在备忘录中对承担的义务作了一些保留。1942年7月，英美伦敦会议，决定1942年秋在北非登陆，而把在欧洲开辟第二战场推迟到1943年上半年。但此时苏德战场形势非常严峻，德军已进至斯大林格勒，苏联强烈要求英美在欧洲发动登陆作战，以牵制德军减轻苏军压力。英国只好仓促派出由6 018人组成的突击部队在法国第厄普登陆，结果遭到惨败，伤亡5 810人，伤亡率高达96.5%。
1943年1月，英美卡萨布兰卡会议，通过了上半年在西西里岛登陆的决定。把在欧洲大陆的登陆推迟到1943年8月。在这次会议上，英国借第厄普的失败，以大规模两栖登陆的复杂与危险必须谨慎从事为理由，坚持要求推迟对欧洲大陆的登陆。实际上英国一则想乘苏德相争坐收渔翁之利，二则想借美国的力量恢复大英帝国战前在北非和南欧的传统势力。这样的自私行为当然遭到美国的反对，作为妥协，英国同意成立英美特别计划参谋部，负责制订在欧洲的登陆计划。由英国陆军中将F.摩根担任参谋长。
摩根上任后立即组建“考萨克”，“考萨克”就是同盟国欧洲远征军最高参谋部的英文缩写，主要成员有副参谋长美国陆军准将雷·巴克，陆、海、空军及所有与登陆有关的各军兵种代表，负责指挥对欧洲大陆偷袭骚扰作战的英国联合作战司令部司令蒙巴顿海军中将也是其中的成员。1943年5月，英美华盛顿会议，决定于1944年5月在欧洲大陆实施登陆，开辟第二战场。“考萨克”立即开始制订登陆计划，首先确定登陆地点，根据历次登陆作战的经验教训，登陆地点要具备以下三个条件：一要在从英国机场起飞的战斗机半径内，二是航渡距离要尽可能短，第三点则是附近要有大港口。那么从荷兰符利辛根到法国瑟堡长达480千米的海岸线上，以此条件衡量，有三处地区较为合适：康坦丁半岛、加来和诺曼底。再进一步比较，康坦丁半岛地形狭窄，不便于展开大部队，最先被否决。加来和诺曼底各有利弊，加来的优点是距英国最近，仅33千米，而且靠近德国本土；缺点是德军在此防御力量最强，守军是精锐部队，工事完备坚固，并且附近无大港口，也缺乏内陆交通线，不利于登陆后向纵深发展。诺曼底虽然距离英国较远，但优点一是德军防御较弱，二是地形开阔，可同时展开30个师，三是距法国北部最大港口瑟堡仅80千米。
几经权衡比较，“考萨克”选择了诺曼底，于1943年6月26日起制订具体计划，以“霸王”为作战方案的代号，以“海王”为相关海军行动的代号。初步计划以3个师在卡朗坦至卡昂之间32千米宽的三个滩头登陆，即后来的“奥马哈”、“金”和“朱诺”滩头，同时空降2个旅。第二梯队为8个师，将在两周内占领瑟堡。
整个计划中最大的难题是港口问题，也就是在占领瑟堡前，如何解决部队的后勤补给，要知道诺曼底在五六月间，多为大风大浪，光靠登陆滩头无法保证后勤供应，这似乎成为无法克服的困难。束手无策中，“考萨克”的海军代表英国海军少将哈莱特想起蒙巴顿在一次会议上的玩笑：既然没有天然港口，就造一个人工港。于是建议制造配件装配人工港来解决问题。别无良策，他的设想获得批准。7月15日，摩根将“霸王”计划大纲呈交英美联合参谋长委员会。1943年8月，英美魁北克会议批准“霸王”计划。1943年11月，英美苏德黑兰会议确定于1944年5月发动“霸王”行动。1943年12月，美国陆军上将艾森豪威尔被任命为欧洲同盟国远征军最高司令，于1944年1月2日抵达伦敦就任。艾森豪威尔阅读了摩根计划，认为突击正面太窄，在最初攻击中缺乏足够的突击力量，提出修改意见，把登陆正面扩大到80千米，第一梯队由3个师增加到5个师，登陆滩头也从3个增加到5个（新增“犹他”，“剑”滩头），空降兵从2个旅增加到3个师，这一意见得到最高司令部三军司令的支持。1944年2月，英美联合参谋长委员会批准了“霸王”计划大纲和修改后的作战计划，1944年6月6日6时30分，诺曼底登陆战正式打响，从1941年9月到1944年6月，这场登陆战从萌芽到实施可谓旷日持久，而盟军只用了一天时间就取得了登陆的成功，诺曼底登陆可谓是最长的一天和最短的一天的结合。
登陆开始前的“神兵天降”
在诺曼底登陆中盟军空降兵的任务是在登陆滩头两侧距海岸10—15千米的浅近纵深空降，阻止敌预备队的增援，并从侧后攻击德军海岸防御阵地，配合海上登陆。由于在最初的一两天里，盟军只登陆6—8个步兵师，只有在建立起可供装甲师展开的大登陆场后，才将装甲师投入作战。如果在装甲部队上陆前德军突破了登陆部队的防线，将会给登陆带来灭顶之灾。所以空降兵的行动在登陆初期对于登陆胜利是至关重要的。
参战的空降部队是美军第82空降师，第101空降师，英军第6空降师。这是盟军在欧洲全部空降兵兵力。由美军第9运输机联队和英军的2个运输机大队担负空中运输任务，共有运输机1 800架，滑翔机1 200架。以英国南部的15个机场为出发机场，空降距离200—250千米。各空降师均分为突击、后续、海运三个梯队，由伞兵团组成突击梯队于登陆前五小时伞降着陆，滑翔机机降步兵团为后续梯队，于突击梯队伞降后15小时机降着陆，空降师建制里的坦克、装甲车等重装备及其余部队组成后续梯队在登陆场巩固后通过海运登陆。计划空降时间为6月6日凌晨1时，登陆时间为6月6日6时30分。
6月5日20时，盟军出动2 775架轰炸机，在诺曼底海岸96千米登陆正面投弹9 267吨，进行长达2小时直接航空火力准备。由于夜色深沉加上天气恶劣，未取得预期效果，只对德军防御阵地起到暂时的压制作用。
6月5日22时，盟军起飞两批飞机，第一批24架于6日1时10分在勒阿弗尔至莱塞广大地区空投2 000具假伞兵和一支8人的特别小分队，假伞兵一落地就自动点燃鞭炮模拟射击的枪声，特别小分队落地后设置音响模拟器，发出事先录制好的枪声、炮声、军官的下令声、士兵的讲话声、汽车行驶声等各种声音，造成到处都有空降的声势。各地的德军纷纷向指挥部报告，一时间德军指挥部收到大量报告，有的报告盟军空降兵着陆，有的报告盟军空投假伞兵，真假难辨、前后矛盾，严重干扰德军指挥部的判断。第二批26架飞机，每架载13人的空降引导组，于6日零时十六分在各预定地区空降，除了2个组被德军消灭，一个组未及时到达，其余23个组都按时设置引导信号，标示出空降场，为接下来的大规模空降作好准备。
6月5日二十三时，3个空降师的突击梯队共24个伞兵营，17 210人，分乘1 038架运输机起飞。艾森豪威尔亲自到第82空降师的出发机场为出征将士壮行。所有飞机的垂直尾翼上都涂有三道白杠作为识别标记，采取九机品字形密集队形，以36—45架组成梯队，飞行高度1 500—1 800米，由于航行途中天气恶劣，编队偏离预定航线，而且队形混乱。到达诺曼底上空又遭到德军高射武器射击，使得跳伞高度由预定的150米增加到500米，飞行时速由180千米增加到330千米，地面风速高达每秒10—15米，所以伞兵着陆非常分散，还有很多人在着陆时受伤。加上德军事先打开科汤坦水坝的闸门，河水淹没了大片草地，空中侦察没有发现被青草遮盖了的已不是草地而是沼泽，不少预计在草地上降落的伞兵陷入沼泽。尽管在着陆时伞兵遇到不小的麻烦，但仍按计划立即投入战斗。
盟军在诺曼底登陆的空降作战中，共空降35 000余人，其中伞降17 600人，还空降了504门火炮，110辆轻型坦克，1 000余吨补给。使用运输机2 400余架次，滑翔机1 130架次。在战斗中空降兵伤亡约8 200人，占空降总人数的23%，大大低于战前预计。运输机被击落42架，击伤510架。美第82师占领圣曼伊格里斯和梅特勒河上的渡口，美第101师控制了海滩后的四条通路和杜佛河上的渡口，英第6师夺取了奥恩河上的大桥，而且都很快与海上登陆部队会合，并作为步兵师继续作战。
盟军空降作战成功的原因是：一是有效的伪装和欺骗，隐蔽了战役企图，造成德军指挥判断上的错误。二是重视战前训练，参战官兵熟悉战区情况和本单位的作战使命，预计空降面积为36平方千米，而实际上82师和101师的空降面积高达100平方千米，各级指挥员边集合部队边组织战斗，师、团长只集合起营或连规模的兵力，仍主动灵活地完成了主要任务。
但这次空降作战也反映出不少问题：一是战前侦察不够周密，给作战带来不小困难，如未掌握德军防空火力的配置，使运输机在空降时遭到猛烈的高炮射击，被迫增加飞行的速度和高度，甚至在躲避炮火时偏离了航线，导致伞兵着陆极为分散；再如未查清奥普兰是德军的反空降区，致使在该地区空降的伞兵蒙受了巨大伤亡。二是引导小组出发太迟，加上气候恶劣和德军抵抗，没有充足时间设置器材开展工作，一定程度上影响了后续部队的空降。三是空降兵的伴随火力太弱，难以抗击敌装甲部队，再加上伞兵着陆分散，有些地方甚至敌我混杂，无法得到海空火力的有力支援，使得有些部队陷入孤立无援的困境。四是通信联络太差，指挥员无法了解部队具体情况及作战进展，只能凭个人的经验去指挥，使得师级战斗实际上成为营级的战斗，降低了空降突击的威力。
尽管盟军的空降存在不少问题，但仍取得了很大成功，说明艾森豪威尔的观点是正确的。盟军的空降，在登陆的最初时间里夺取了至关重要的交通枢纽、桥梁、海滩通路，摧毁了德军的炮兵阵地，破坏了德军防御的稳定性，牵制了德军的预备队，使德军处于被动局面。为登陆的胜利创造了条件。
以假乱真的“加来登陆”
1944年6月5日晚，盟军取名为“尼普顿”的登陆行动开始了。这是盟军所表演的一出以假乱真的“登陆”戏。在加来方向上，成千艘装着角反射器的模拟舰艇，载着涂铝的气球迅速驶来，向着加来编队而行。模拟舰艇的上空，几十架飞机投撒了大量箔片，这些箔片在两三千米的高空徐徐飘浮，久久不散。这一切，显示在德军雷达荧光屏上，即是大批飞机和舰队正铺天盖地向加来一带海岸接近。电离层中到处是盟军地面人员在和飞行机组之间的无线电联络信号，谈论着某项大规模战役的行动情况。所有的迹象都表明，盟军将在加来半岛登陆。
但是这一切都不过是一种欺骗，是瞒天过海、暗度陈仓的现代翻版。令人叫绝的是，德军最高统帅部居然相信这是真的，大量的德国海军舰船向着加来驶去。与此同时，盟军的真正登陆地点诺曼底方向，5 000多艘舰船在数十架电子干扰飞机的掩护下，正朝着既定的登陆海滩开进。
6月6日早晨6点30分，盟军第一支海运部队——美军第四步兵师几乎未遭阻击就在犹他海滩登了陆。三个半小时后，该师仍未遇到德军密集的炮火，也未遇到德军任何反击行动。水陆两栖坦克和大炮安然到达岸上。尽管其他几个登陆点进展并不顺利，但经过激烈的抗争，当日晚终于掌握了全部的海滩区。沙滩上的部队，已经超过了50万，但滑稽的是，希特勒仍然相信，诺曼底的战斗不过是敌人的牵制行动。
可是就在奥马哈海滩区激战时，德军冯·伦斯德元帅就曾决定，不管诺曼底是否佯攻，都必须坚决击退。他本来有两个装甲师很快就可以机动过来，但当他准备下命令时，想起希特勒保留了对这两个师的调遣权，而此时元首正在酣睡，他的参谋们拒绝惊动他。当他从睡梦中醒过来，又上了美国假情报的当，坚信巴顿集团军将会在加来半岛登陆，于是仍然保留着这支部队，以对付所谓更大规模的“加来登陆”。