诺曼底战役是世界上最大的海上登陆作战，发生于1944年6月6日早6时30分。行动代号为“霸王行动”。战役在8月19日渡过塞纳-马恩省河后结束。盟军重返欧陆，使二战的战略态势发生了根本变化。
此役盟军伤亡12.2万人，损失1艘战列舰，3艘巡洋舰，8艘驱逐舰，3艘护卫舰和48艘其他舰船。德军伤亡和被俘11.4万人。至8月底，盟军消灭或重创德军40个师，德军3名元帅和1名集团军司令被撤职或离职，击毙和俘虏德军集团军司令、军长、师长等高级将领20人，缴获和摧毁德军各种火炮3000多门，摧毁战车1000多辆。德军损失飞机3500架，坦克13000辆，各种车辆两万辆，人员40万。
1941年9月，斯大林向丘吉尔提出在欧洲开辟第二战场对德国实施战略夹击的要求，当时美国尚未参战，英国无力组织这样大规模的战略登陆作战。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义务作了些保留。
1943年1月，卡萨布兰卡会议通过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。会议上，英国借迪厄普失败，以大规模两栖登陆的复杂与危险须谨慎从事为由，坚持要求推迟对欧洲大陆登陆。美国反对，英国只得同意成立英美特别计划参谋部，制订在欧洲登陆的计划。由英国陆军中将F·摩根担任参谋长。摩根立即组建“考萨克”（CEETHC），这是盟国欧洲远征军最高参谋部的英文缩写，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”开始制定登陆计划。根据历次登陆作战的教训，登陆地点要具备3个条件：一是在从英国机场起飞的战斗机半径内，二是航渡距离尽可能短，三是附近有大港口。从荷兰符利辛根到法国瑟堡长达480千米的海岸线上，有3处地区较合适：康坦丁半岛、加莱和诺曼底。
康坦丁半岛地形狭窄，不便于展开大部队，被否决。加莱距英国最近，仅33千米，缺点是德军防御力量最强，附近无大港口，缺乏内陆交通线，不利于登陆后向纵深发展。诺曼底距离英国较远，但德军防御较弱，地形开阔，可同时展开30个师，距法国北部最大港口瑟堡仅80千米。
几经权衡，“考萨克”选择了诺曼底。1943年6月26日起制定具体计划，以“霸王”为作战方案代号，第一梯队以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，同时空降两个旅。第二梯队为8个师，在两周内占领瑟堡。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。诺曼底在五六月间多大风大浪，很难为登陆部队保证后勤供应。“考萨克”海军代表英国海军少将约翰·哈莱特想起蒙巴顿的一次玩笑话：既然没有天然港口，就造个人工港。于是建议制造配件装配成人工港来解决问题。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。8月，英美魁北克会议批准“霸王”计划。11月，英美苏德黑兰会议确定于1944年5月发动“霸王”行动。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，认为突击正面窄，最初攻击中缺乏足够突击力量。他提出修改意见，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，登陆滩头从3个增加到5个，新增犹他海滩和宝剑海滩，空降兵从两个旅增加到3个师，这一意见得到最高司令部三军司令支持。
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，随之对登陆舰艇的需求也增加了。为确保拥有足够的登陆舰艇，英美联合参谋长委员会决定将登陆日期推迟到6月初，并且将原定同时在法国南部的登陆推迟到8月。
接着，盟军面临着迷惑德军的问题，就是让德国搞不清盟军到底是在加莱还是诺曼底登陆。为此，艾森豪威尔打出了巴顿这张牌。
乔治·巴顿脾气火爆，性格强硬，对战斗疲劳的病情不以为然。1943年8月初西西里战役期间，他分别在两所后方医院遇到远离前线在此住院、但又没有明显受伤的两名二等兵，这让他非常愤怒，打了他们耳光。这一事件在驻军中传扬开来，并最终传到了艾森豪威尔的耳朵里。他命令巴顿向两位士兵道歉。这一事件在美国国内引起很大的关注，艾森豪威尔与美国陆军参谋长马歇尔决定不解除巴顿的指挥官一职，但巴顿在近一年时间内没有被安排指挥作战。艾森豪威尔选择布莱德利领导诺曼底行动。布拉德利原是巴顿的下属，但在战争的最后一个月他成为巴顿的上级。
1943年末，艾森豪威尔安排巴顿到地中海地区高调旅行，前往阿尔及尔、突尼斯、科西嘉、开罗、耶路撒冷和马耳他。德军最高统帅部敬重巴顿，认为他是任何从北面进军欧洲军事行动的核心。正因如此，盟军让德国间谍获取了源源不断的假情报，表明巴顿已经被任命为美国第1集团军指挥官，并且正在对进军加莱作准备。但第1集团军实际上根本不存在，而是盟军在多佛尔地区使用道具和无线电信号等手段做诱饵，误导希特勒，让其相信这一地区有大批部队集结。整个1944年初，巴顿遵照命令保持低调，让德军以为他一直在多佛尔，而实际上他在英国训练第3集团军。
登陆日（代号D日）推迟到6月初，盟军统帅部开始确定具体日期。这是个复杂的协同问题，各军兵种根据自己的需要提出不同要求，陆军要求在高潮上陆，减少部队暴露在海滩上的时间；海军要求低潮上陆，尽量减少登陆艇遭到障碍物的破坏；空军要求有月光，便于空降部队识别地面目标。经考虑，拟定符合各军种方案，在高潮与低潮间登陆。5个滩头潮汐不尽相同，所以规定5个不同登陆时刻。D日安排在满月的日子，空降时间为凌晨1时，符合上述条件的登陆时间。
战役目的是横渡英吉利海峡，在法国北部夺取战略性登陆场，为开辟欧洲第二战场最终击败德国创造条件。1944年1月21日，艾森豪威尔召开远征军最高司令部会议，明确了登陆作战纲领，这次会议成为二战中最重要的军事会议。
1944年5月的一天，盟国欧洲战区最高司令艾森豪威尔查阅了未来5天的天气资料，断定6月初诺曼底登陆日前后，气候不会有太大的变化。于是，他向盟军各部队司令发出命令：登陆日定在1944年6月5日。
各登陆部队及战舰都做好了进攻准备。然而5月29日下午，一个巨大的气流漩涡正在欧洲上空形成。盟军气象总部的气象专家、英国皇家空军上校约翰·斯泰戈和美国空军上校D·耶茨，通过对大量气象资料的分析断定，欧洲的气候在未来的几天中将会出现变化。
6月1日，航行在大西洋的英国舰队报告：海面上明显感到了低气压。随后，气象船和飞机提供的数据显示，纽芬兰和爱尔兰之间正在迅速形成几处低气压带。斯泰戈和耶茨召开分析会议，气象专家对气候变化的看法并不一致。有人认为这种低气压带不会造成不列颠群岛一带的坏天气，即使有坏天气，也不足以影响到英吉利海峡或西部海岸。斯泰戈和耶茨则认为，海峡地区在一段时间里，必定会受到低气压的影响，出现恶劣天气。
6月2日，大西洋北部是一个接一个低气压带。斯泰戈和耶茨意识到，恶劣天气即将出现。登陆日前后，海峡上空将阴云密布，狂风大作。他们立即报告这一情况。艾森豪威尔要求作出精确判断，但气象专家分歧很大。
6月3日是关键的一天，因为要在5日准时登陆，人员、坦克、火炮、辎重等必须在这一天登船完毕，护航舰队必须在这天夜里起航。为此，艾森豪威尔一大早就召见斯泰戈，询问气候有无好转可能，斯泰戈依然坚持自己的观点。艾森豪威尔最终决定：登陆时间推迟24小时。
推迟登陆命令下达时，盟军最后的准备工作正在全面进行中。5300多艘舰船待命起航。重轰炸机群飞离后方基地。陆地上有200多万人做着各项准备工作。尽管接到推迟登陆命令，绝大多数部队停止行动，但有一支没有接到推迟登陆命令的护航舰队仍按原计划行动，差点酿成大祸。
这支舰队有138艘舰船，装载美军第4步兵师。6月3日离港，途中由于通讯设施出现故障，没有接到推迟进攻命令。指挥部多次发出无线电信号，没有奏效。此时海面上波涛汹涌，海浪滔天，附近找不到船只去拦截。无奈之下，指挥部只好派出飞机搜寻。一架小型侦察机终于找到了舰队。飞行员将装有海军司令部密码公文的罐子投向旗舰，由于风浪太大，罐子掉进海里。飞行员赶忙写了张便条装进罐子，再次向旗舰投去，这次成功了。舰长接到纸条后，发出了返航的命令。
斯泰戈在研究气象图时忽然发现，冷气流和低气压层不是同时到达海峡。冷气流过后，低气压层到来之前，有一个短暂的平静期，在这期间可能出现好天气。随后他准确地推测出平静期将出现在6月6日。艾森豪威尔得到消息，提出利用6日短暂的好天气实施登陆的建议，然后问盟军地面部队司令蒙哥马利：“有什么理由认为我们6日不应该出击吗？”蒙哥马利坚定地答道：“没有。依我看，出击！”
1944年6月5日凌晨5点，暴雨打在窗户上，艾森豪威尔向盟军指挥部以及华盛顿联合参谋总部发出信号：登陆日为6月6日。他作出一个历史性动作，右手轻轻地往前一送，说道：“孩子们，上路吧。”
盟军集结了288万人的部队。陆军共36个师，约153万人；海军军舰约5300艘，战斗舰包括13艘战列舰，47艘巡洋舰，134艘驱逐舰在内约1200艘，登陆舰艇4126艘，还有5000余艘运输船；空军作战飞机13700架，其中轰炸机5800架，战斗机4900架，运输机滑翔机3000架。
1944年5月，德军在东线有179个师和5个旅，占德军总兵力的65%。西线的法国、比利时、荷兰，只有西线总司令隆德施泰德指挥的59个师，其中33个海防师，15个步兵师，8个装甲师，两个伞兵师。即使再加上由希特勒亲自指挥的战略预备队两个装甲师，总共才60个师，约76万人。
西线编为两个集团军群，B集团军群由隆美尔指挥，驻法国北部，39个师；G集团军群由布拉斯科维兹指挥，驻守法国卢瓦河以西，共19个师。
1941年12月起，纳粹德国就开始构筑沿海永久性防御工事。1942年7月20日，希特勒下令从挪威北部至西班牙海岸构筑由15000个坚固支撑点组成的防线，也就是所谓“大西洋壁垒”。希特勒要求在1943年5月1日之前完成，实际上直到1944年5月，除加莱地区，在960千米海岸线上，只修筑了少数相距遥远的零星支撑点。由于盟军情报机关的努力，德军最高统帅部认为，挪威将是盟军优先夺取的地区，因此投入了大量人力物力，在挪威沿海修建了350座可部署88毫米到381毫米火炮的炮台。
被德国宣传部门大肆渲染的大西洋壁垒，只是徒有虚名而已。倒是隆美尔就任B集团军群司令后，非常重视对沿海地区的防御建设，亲自率领特派代表团实地视察了从丹麦、荷兰、法国的沿海防御情况，并特别要求前沿防御要前推至海中。从高潮线开始，在深海中布设水雷，在浅海中设置斜插入海的木桩，被盟军称为“隆美尔芦笋”。海滩上则是锯齿状的混凝土角锥、坦克陷阱，还布设大量地雷。在能俯视海滩的制高点构筑隐蔽火力点，海滩后面的开阔地区则布设了大量防机降的木桩。布置这些爆炸物和障碍物，工程浩大，直到盟军发起登陆时，仅完成一部分。
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，阻止敌预备队增援，并从侧后攻击德军海岸防御阵地，配合海上登陆。只有建立起可供装甲部队展开的大登陆场后，才能将装甲部队投入作战。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。
英国第1空降师是最早投入行动的部队。午夜就被空投到登陆地区的左翼地区，目标是夺取佩加索斯桥附近的桥梁，防止德军装甲部队前往海岸支持。伞兵迅速占领了这些桥梁，直到稍后登陆的突击队员赶来。
相比之下，美军第82和第101空降师就没那么幸运了。由于领航员没有经验和地面情况复杂，空降兵散落各处，有的不幸落在海中或内陆被德军故意淹没的低洼地区，由于装备沉重，很多伞兵淹死在水中。24小时后，101师空降师才集合起约3000人。但盟军可以说因祸得福。伞兵被投放在整个诺曼底，各自为战，分散了德军兵力。德军高估了伞兵的人数，调动了很多兵力，很大程度上分散了海滩登陆场的压力。
宝剑海滩紧邻兀斯特罕港，是“霸王”行动5个抢滩点中最东边的海滩，法国北部航运中心康城位于海滩南边。从宝剑滩东登陆的英军抢滩后，很快击溃德军轻装步兵，午后与先前空降内陆的伞兵部队会合。但从宝剑滩西边登陆的英军，遭到德军第21师顽强抵抗，无法顺利与从朱诺海滩登陆的加拿大部队会师。双方一直激战至黄昏后，盟军才击退德军装甲部队。登陆的29000名英军中，伤亡630人。
朱诺海滩宽6英里，德军部署于海滩沙丘后的村落中，这样的地形对穿越沙丘进攻的盟军威胁极大。登陆作战开始便极为惨烈，有1/3的盟军登陆艇遭水雷和障碍物摧毁。加拿大攻击部队虽然越过沙滩，却在沙丘前遭到德军攻击，首波进攻部队伤亡率高达50%。接近中午时，加拿大部队才占领沿岸城镇，向内陆挺进，并与来自黄金海滩的英军会师。参与朱诺登陆战的官兵共21400名，伤亡人数为1200人。
黄金海滩是整个登陆行动的中心，登陆时间比犹他和奥马哈海滩登陆晚一小时。由于涨潮，盟军无法彻底清除海中布雷和障碍物，企图迅速抢上滩头的英军陷入苦战。德军在滨海小城利维拉和阿梅尔部署重兵防守，在离海岸500公尺处设置了4门155毫米炮，直接瞄准海岸。在皇家海军“艾杰克斯”号炮火轰击下，终于摧毁这4门重炮。入夜前，已有25000名盟军顺利登陆，迫使防守德军撤退6英里。英军有400名官兵伤亡。
奥马哈是诺曼底登陆战役中战斗最激烈的海滩。盟军在奥马哈滩头阵亡达2500人。海滩全长6.4千米，多为三十几米高的峭壁，易守难攻。登陆任务由美军第9军承担。盟军由于情报有误，认为这里的德军只有一个团，没有装甲车，战斗力差。实际上隆美尔在3月已将德军精锐的第352步兵师调往诺曼底，其主力团就驻守在奥马哈滩头。可惜直到登陆部队出发后，盟军情报机关才找到第352师的下落。
登陆艇上的官兵多为晕船和湿冷所苦，还没到达作战地点就已精疲力竭。登陆作战也不顺利，海滩西段32辆水陆坦克有27辆刚下海就因风浪过大而沉没，幸存的5辆有两辆被德军炮火摧毁。由于潮汐影响和秩序混乱，登陆的美军士兵多搞不清方向和集合点，大批士兵挤在滩头任凭德军炮火攻击。两小时里美军没有一名士兵冲上海滩，东段也仅占领了9米宽的一段。在极为严峻的情况下，美军17艘驱逐舰不顾触雷、搁浅和被岸炮炸翻的危险，进至距海滩仅730米处，为登陆美军提供火力支援。美军敢死队爬上霍克海角，发现所谓155毫米海岸炮居然是电线杆伪装的。堵在海滩的美军也开始冲锋。中午时分登陆部队第二梯队提前登陆。在空军指引下，美国海军战列舰和巡洋舰也开始对岸射击，德军的防御基本崩溃。天黑时，美军登陆成功。
犹他海滩位于卡伦坦湾西侧，是宽约3英里的覆低矮沙丘。盟军实际登陆的地点虽然比预定地点偏东1英里，不过德军部署的兵力并不多。攻击行动展开后，仅3小时，盟军就跨越了滩头，掌控了沿海公路；当天中午之前，登陆部队与5小时前空降敌后的空降部队会合。当天午夜，盟军不但已达成登陆预订的作战目标，更向内陆推进4英里。犹他海滩登陆是伤亡人数最少的，23000名官兵中，仅有197名伤亡。
德军在D日组织反击的只有第21装甲师。师长不在指挥岗位，参谋长无权调动集结部队，只好将仅有的24辆坦克派去攻击卡昂以东的英军。因为仓促出动，准备不足，加上没有步兵支持，被英军击退。当天下午，师长费希丁格赶回师部，集结部队向朱诺海滩和宝剑海滩之间的卢克镇发动攻击，盟军在这两海滩之间尚有数千米空隙，德军的反击将打在盟军的要害。正当第21装甲师行进间，盟军500架运输机飞临，为英军第6空降师运送后续部队和补给，费希丁格误认为盟军空降兵要前后夹击，惊慌失措不战自乱，放弃反击匆忙后撤。
除此，德军在D日再没未反击。1944年6月6日被隆美尔预言为“决定性的24小时”，艾森豪威尔称作“历史上最长的一天”。
6月7日，希特勒将西线装甲集群的5个装甲师交给隆美尔。隆美尔面对严峻局势，把反击目标定为先阻止盟军将5个登陆滩头连成完整的大登陆场，其次再确保卡昂和瑟堡。德军5个装甲师从100-200千米外赶来，在盟军空袭下，无法成建制投入作战，部分到达海滩的，也在盟军军舰炮火下伤亡惨重，盟军登陆滩头形成统一的登陆场后，按计划向内陆发展。美军第1集团军夺取瑟堡。英军第2集团军猛攻卡昂以造成直取巴黎的假象。隆美尔调整了部署，步兵防守卡昂至科蒙一线，抽出装甲师阻止美军的进攻。还没等部署完毕，英军就发动了攻势，打乱了德军计划，保障美军对瑟堡的攻击。
6月13日，英第7装甲师在向卡昂西南的维莱博日推进途中，与正从亚眠赶来的德军党卫军第2装甲师遭遇，随即爆发激战。英军损失很大，被迫后撤。英军的进攻没有进展，却将德军第2装甲师吸引在卡昂地区，为美军进攻瑟堡创造了条件。美军占领卡朗坦后，德军从卡昂地区无法抽出部队，只好从布列塔尼半岛紧急调来党卫军第17装甲师，攻击美军侧面。美军击退了德军，突破德军在圣索沃地区的防线，于6月16日攻占圣索沃。希特勒指示，在该地区的4个师必须全力阻滞美军的前进，然后向瑟堡且战且退，死守瑟堡。但这4个师装备消耗很大，无力胜任坚守瑟堡的重任，即使退入瑟堡，充其量不过多坚持几天而已。所以隆美尔向希特勒请求将部队直接撤往塞纳河，加强塞纳河防御。遭到希特勒拒绝。当圣索沃地区出现被突破的征兆时，隆美尔不顾希特勒的指示，命令所有能联络上的部队迅速向南撤退，才挽救了不少部队。
6月19日，美军直取蒙特堡，将科汤坦半岛拦腰切断。
同一天英吉利海峡风暴突起，风力达8级，浪高1.8米，美军地段的桑树A人工港，浮动码头解体，沉箱断裂，十字形钢制件相互碰撞而严重受损。英军地段的桑树B人工港，由于受到海底礁石保护，损失较小，只有4个沉箱被毁。登陆滩头，盟军共有7艘坦克登陆舰，1艘大型人员登陆舰，1艘油船，3艘驳船，7艘拖网渔船，67艘登陆艇被大风刮沉，1艘巡洋舰和1艘渡船因相互碰撞而损坏，还有一些舰船因汹涌的风浪引爆了德军布设的水压水雷而被炸伤。狂风暴雨还将近800艘舰艇抛上陆地，迫使盟军卸载中止5天，使两万辆车辆，10万吨物资无法按计划上陆。
风暴造成的物质损失大大超过13天作战的损失，使盟军的后勤补给出现严重困难。如果德军能抓住这一战机进行反击，战局有可能改写。但当时德军兵力仅够勉强防御。虽然从匈牙利调来从苏联战场撤下来的整编党卫军第9、10装甲师，但法国境内铁路破坏严重，无法集结机动，错失了机会。
6月20日，美军3个师推进到距瑟堡仅8千米处。瑟堡位于科汤坦半岛北部，是法国北部最大的港口。德军在此筑有混凝土野战工事，还利用河流和水渠设置反坦克障碍，在城郊部署有20个设在暗堡里的炮连。其中15个是口径150mm的重炮连，这些火炮既可向海上目标射击，又可控制内陆道路。只是因为前一时期的战斗消耗了大量有生力量，城防司令施利本将军把勤杂人员编入战斗部队，才勉强凑起4个团的兵力。
6月21日，美军为保全港口设施，以广播敦促德军投降遭到拒绝，于是决定对瑟堡实施强攻。6月22日，盟军出动500架次飞机对瑟堡实施密集轰炸，投弹1100吨。随后美军3个师从南面发起猛攻，德军殊死抵抗。
激战到6月24日，施利本耗尽了所有预备队，致电柏林，要求空投铁十字勋章，授予有功人员以激励士气，准备死守到底。为尽快攻下瑟堡，美军迫切需要海军提供舰炮火力支援，但恶劣天气使舰炮火力支援直到6月25日才开始。海军派出3艘战列舰、4艘巡洋舰、11艘驱逐舰组成舰炮编队，进行了长达7小时的射击，有效压制了德军火力。美军第7军于6月25日黄昏冲入瑟堡市区。次日，施利本和港口海军司令亨尼克少将宣布投降。
瑟堡虽被占领，却已是一片废墟。早在6月7日，也就是盟军登陆的第二天，德军就预料到盟军必将夺取瑟堡，开始有计划毁掉瑟堡，码头、防波堤、起重机等港口设备都被炸毁，港口水域里遍布水雷，还用沉船堵塞航道。美军工兵专家看了毁坏情况，认为是“历史上最周密、最彻底的破坏”。盟军派出大批工兵、打捞分队、扫雷舰艇进行清除工作，足足花了3个星期，扫除133枚水雷，打捞起20艘沉船，才恢复了瑟堡港口的吞吐能力。7月16日，盟军从瑟堡卸下第一艘运输船物资。7月底，瑟堡日卸货量已达8500吨。到9月，日卸货量又上升到17000吨。3个月后，瑟堡的卸载能力仅次于马赛，成为盟军在欧洲的第二大港。
美军攻占瑟堡的同时，蒙哥马利指挥英军第2集团军，于6月26日以4个师的兵力猛攻卡昂。当天中午攻占舍克斯，但左右两翼都受到党卫军第12装甲师反击，前进艰难。6月27日，英军击退德军的反击，占领劳良，先头部队第11装甲师控制了奥登河上的桥梁。
6月28日，英军主力渡过奥登河，建立起正面宽3650米，纵深900米的桥头阵地。29日，德军集中5个装甲师反击，盟军空军大举出动，对德军装甲部队实施了猛烈轰炸，瓦解了德军的攻势。英军第11装甲师乘机占领卡昂西南的战略要地112高地。德军随即组织多次反扑均未得手。
6月30日，德军集中炮击112高地，英军难以坚守，撤到奥登河岸边。德军虽夺回112高地，但在盟国空军猛烈打击下，无法集中使用装甲部队，只能使用200名步兵和15-20辆坦克组成小型战斗群短促出击。隆美尔为确保卡昂，放弃外围一些阵地，将全部900辆坦克中的700辆部署于卡昂近郊。盟军在占领卡卢克机场后，再无力推进，双方陷入对峙。
6月29日，隆美尔和隆德施泰特晋见希特勒，汇报了战局。希特勒大为不满，以克卢格元帅取代隆德施泰特任西线总司令，埃伯巴赫取代施韦彭格指挥西线装甲部队，并将所部改称第5坦克集团军，以党卫军上将豪瑟接替刚病故的多尔曼上将任第7集团军司令。
7月初，盟军已上陆25个师，共100万人，56.7万吨物资，17.2万部车辆。盟军仍觉得登陆滩头狭窄，便继续扩大登陆场。为保障日后能展开大规模的装甲部队，取得有利的进攻出发阵地，美军第1集团军在攻占瑟堡后马不停蹄立即挥师南下。
7月3日，盟军集中14个师攻击登陆场正面德军7个师。因前进道路遍布地雷和障碍物，两侧又是沼泽，只能展开一个师的兵力与德军顽抗中步步推进；而且天气不佳，空军无法出动，进展十分缓慢。5天才前进6.4千米，伤亡却高达5000人。随后的7天又付出5000人的伤亡，才推进4.8千米。
7月6日，直属盟军最高司令部指挥的美军第3集团军，在巴顿的率领下，踏上欧陆。7月9日，德军党卫军装甲教导师被调到维尔河地区，抗击美军攻势。尽管该师全力奋战，仍未阻止美军推进。
7月11日，西线美军向诺曼底地区重要的交通枢纽圣洛发动钳形攻击，德军依托工事拼死抵抗，美军的攻击未能成功。美军停止攻击，整顿部队，补充弹药。德军人员、装备和弹药所剩无几，又得不到补充，在美军随后发起的第二轮进攻中不支，圣洛于7月18日被美军攻占。
圣洛战斗中，德军在诺曼底地区的前线指挥第84军军长马克斯中将阵亡。美军为夺取圣洛也付出了近40000人伤亡的代价。随着圣洛失守，德军在诺曼底地区的防线被盟军分割为两段，局面更为被动不利。
与此同时，英军对卡昂发动第二轮攻势。7月7日，盟军出动460架次重型轰炸机，对德军阵地密集轰炸，40分钟里投弹2500吨。7月8日，英军两个师和加军1个师向卡昂实施向心突击。7月10日占领卡昂。
在随后的一周里，盟军一边补充兵力物资，一边不断向正面德军施加压力，使其无法重新调整部署。7月18日，为将登陆场扩大到奥恩河至迪沃河之间，英军继续由卡昂向东南推进。为配合英军进攻，盟军出动1700架次重轰炸机和400架次中轰炸机，投弹达12000吨，并吸取对卡昂轰炸教训，改用瞬发引信，减少对道路的破坏。德军也改变战术，采取纵深梯次防御，大量使用88毫米，高射炮平射坦克，在有利地形不断组织反冲击，英军坦克损失150辆，进攻被迫停止。
尽管英军的进攻没有取得进展，但在整个战场上，盟军已形成宽150千米，纵深15-35千米的登陆场，建立并巩固了桥头堡，完成了大规模地面总攻的准备，为收复西欧奠定了坚实的基础。至此，诺曼底登陆战役结束。
