進攻的第一批目標包括卡昂、貝葉、伊西尼和卡朗坦。在攻下這些目標後，美軍將越過科湯坦半島向前推進，同時向北猛攻，以便占領瑟堡。英軍將掩護美軍的側翼，使它不受到敵軍從東麵的反攻，同時在卡昂南翼和東南麵，擴大陣地。在這片地區，盟軍能夠修建機場並使用裝甲部隊。希望在登陸的三星期內，達到法萊塞－阿弗朗什一線，並且會同屆時已經登陸的強大援軍，向東麵突破進攻巴黎，向東北挺進攻打塞納河一帶，並且向西麵進軍，去占領布列塔尼亞半島的各個港口。
為了確保在諾曼底登陸的成功，盟軍進行了周密的準備工作，參加戰役的盟軍共36個師，總兵力約288萬人，其中陸軍153萬人；空軍飛機1.37萬架，其中轟炸機5800架、戰鬥機4900架、運輸機（包括滑翔機）3000架；海軍各種艦艇9000餘艘，其中登陸艇4000艘。地麵部隊編成4個集團軍。美軍第1集團軍、英軍第2集團軍和加拿大第1集團軍組成第21集團軍群，由蒙哥馬利指揮；美軍第3集團軍司令巴頓將軍，直屬遠征軍總部。
希特勒為了預防盟軍在西歐登陸，曾下令從挪威到西班牙修築了一道由堅固支撐點構成的“大西洋壁壘”。但由於工程量過大，到1943年末還遠未完成。
德軍統帥部判斷，盟軍可能在1944年進攻西歐，並認為盟軍在西歐登陸可能會帶來兩種後果：一是造成德軍的總崩潰；二是成為德軍扭轉敗局的機遇。如果不能擊退盟軍的登陸部隊，就可能導致前一種結果。但若能一舉殲滅盟軍的登陸部隊，就會使盟軍與蘇軍兩麵夾擊的企圖破產，德軍就可騰出50個師的兵力加強東線，從而阻止蘇軍的進攻。
為爭取達到後一種結果，德軍研究製定了抗登陸方針，即集中大部兵力、兵器於敵人可能登陸的主要方向上，對已登陸的敵軍實施決定性的反突擊，一舉殲滅登陸之敵。為此，德軍必須在漫長的海岸線上，確定盟軍可能突擊登陸的主要方向。希特勒本人和德軍總參謀部都認為，盟軍將橫渡加來海峽在加來地區登陸，向法國東北沿海地區實施主要突擊。德軍根據這一判斷進行了部署。
此時，德軍在法、比、荷的兵力有“B”集團軍群，司令隆美爾元帥、“C”集團軍群和獨立第88軍，共60個師，飛機450架、艦艇301艘，統由龍德斯泰特元帥指揮。“B”集團軍群轄第15、第7集團軍共39個師，其中第15集團軍23個師配置在加來地區900公裏的海岸線上。其餘部隊分散配置在荷蘭、諾曼底地區、康坦丁半島和布列塔尼半島沿海地區。諾曼底地區隻部署了第7集團軍的6個師又3個團，地麵部隊兵力不超過9萬人。
“C”集團軍群共17個師，防守法國南部和西南部海岸。
在加來地區，德軍沿海修築了一道縱深5－6公裏的防禦地帶，設有岸炮陣地以及由坦克陷阱、防坦克壕、鋼筋混凝土隱蔽部構成的堅固支撐點，各支撐點之間敷設有大量地雷和障礙物。水中設置了障礙物和水雷區。諾曼底地區的海防工程遠不如加來地區，這裏隻構築了若幹個獨立支撐點，且大部是野戰工事，縱深內隻設置了防空降障礙物。
為了把德軍主力牽製在遠離諾曼底地區，代號“堅忍”的一係列積極的欺騙措施，也在緊鑼密鼓地實施。按照“南方堅忍”計劃，大量由電影製片廠出口的“登陸艦艇”，開始出現在泰晤士河和梅德韋河上，大量“坦克”出現在德國飛機能夠拍攝到的地區，多佛爾附近已經人去營空的英軍營地仍然飲煙四起、卡車往來奔跑；著名的巴頓將軍也從美國到來，就任號稱有50個師100多萬人的美軍第1集團軍群司令；多佛爾地區往來電報頻繁；“輸油碼頭”遭敵炮火襲擊後立即起火；加來和諾曼底都遭到盟軍猛烈轟炸，但前者顯然要比後者重一倍以上。
“北方堅忍”計劃則虛設了一個“第4集團軍”，號稱有35萬人，其實隻有一個營級單位用無線電在緊張地工作。
“堅忍”計劃使德軍感到，美軍“第一集團軍群”一定會在加來登陸，以致其第15集團軍被牽製在加來達6個星期之久，19個師的兵力在加來海濱嚴陣以待美軍的到來。
5月底，艾森豪威爾決定6月5日為D日。然而天有不測風雲，從6月1日開始，在大西洋上空的大氣擾動正在形成，幾個低壓槽正向芬蘭和愛爾蘭之間接近，這預示著英吉利海峽將出現一段時間的惡劣天氣。天氣的變化使艾森豪威爾焦急萬分。從1日開始，他每天安排兩次同高級將領們一起聽取天氣預報，而英吉利海峽的天氣，一天比一天更令人擔憂。
6月2日，整個北大西洋上空充滿連續性的低壓氣層；3日，出現西風帶不穩定天氣，在格陵蘭島和亞速爾群島的上空各有一個高氣壓，而位於兩個高氣壓之間的低氣壓向東北方向橫越大西洋，風和海浪情況很可能使6月5日不可能成為D日。
就在高級將領們為天氣發愁的同時，整個英國到處都是盟軍官兵。白天他們帶著武器和野戰裝備在鄉村大路上行軍，夜間則乘坐裝甲車通過燈火管製的城鎮和村莊，無數縱隊向著港口集中，登上他們的艦船；傘兵們在20個機場登上運輸機和滑翔機。
真是天無絕人之路，6月6日的天氣將會變好的情況得到了證實。艾森豪威爾再次征求各位指揮官的意見，蒙哥馬利與往常一樣，急待發起進攻，布雷德利表示同意。艾森豪威爾默默地坐著，沉思片刻，最後他斬釘截鐵地說：“好！我們行動吧！”
此時正是6月5日4時15分。
海峽海麵上，此時正刮著5級西北風，波濤洶湧，濁浪排空。登陸運輸隊艱難克服著海浪和潮浪的影響，努力保持正確的航向。有許多小型船隻隻好被拖著向前。5日白天，龐大的登陸輸送編隊在向法國海岸推進。德軍卻驚奇地毫無動靜。
德國人不斷沒有覺察到大兵已經壓境，反倒認為目前的惡劣天氣，將使盟軍無法采取大規模登陸行動。因此，不僅取消了水麵艦艇的正常巡邏，而且從上到下都放鬆起來。隆美爾在5日晨回德國休息；前線軍官可以原地休息；軍師職軍官可以離開諾曼底到雷恩去參加原定的演習。
1944年6月6日晨，盟軍利用漲潮時機和剛剛出現的短暫好天氣，開始在諾曼底地區登陸。在登陸前4至5小時，美軍空降第82師、第101師和英軍第6師，在登陸地域兩翼距離海岸10至15公裏的縱深處，實施了空降，占領了登陸地域內的交通樞紐、渡口、橋梁和其它設施，配合登陸部隊登陸。