6月6日凌晨，由6500艘战舰载运的美、英盟军5个师的先头部队突然在诺曼底靠岸，发动了期待已的登陆作战。在此之前，盟军11000余架作战飞机，飞越海峡，对诺曼底滩头阵地的德国守军进行狂轰滥炸。另有5000架滑翔机、运输机载运盟军3个伞兵师在诺曼底滩头先行着陆，配合海上进攻。
面对盟军大规模登陆作战，德军措手不及。希特勒坚持认为盟军诺曼底登陆只是一次佯攻，主攻行动将在加莱进行，坚持不准从加莱调兵救援诺曼底。结果，盟军在这次代号为“霸王行动”的大规模登陆作战中，始终吉星高照。
经过一星期作战，盟军成功地使19个师32万大军、54000辆军车及10万吨军用物资登上诺曼底滩头，并建立起一个正面宽80公里、纵深17公里的大反攻基地。到7月初，盟军登上诺曼底海滩的军队已增至百余万人，牢牢地站稳了脚跟。等到希特勒察觉诺曼底是盟军真正的登陆地点时，已为时太晚。
尔后，盟军按预定计划，一面继续向诺曼底海岸运送援军、物资，一面以诺曼底为基地，向内陆发展进攻。到9月初，从诺曼底登岸的盟军兵力已达到200余万人，并在战略上呼应苏军，形成了对德军的两面夹击之势。诺曼底登陆战的成功，使德国面临着两线作战的灭顶之灾，大大加快了第二次世界大战的进程。