他把首批登陸部隊由三個師增加到五個師，其他細節交由蒙哥馬利和布萊德雷去負責處理，自己則去關心他認為更為重要的問題。艾森豪威爾意識到，製空權的問題是至關重要的，也是最困難的問題。他要求英國的空軍應在他的控製之下進行諾曼底之戰。這個決定遭到英國戰略空軍司令哈裏斯的反對，這使一貫處事謹慎，態度和藹的艾森豪威爾大動肝火，他於3月23日宣布：“如果這個問題不能獲得滿意的解決，我將呈請辭職。”英國的參謀總長不得不同意把戰略空軍交由艾森豪威爾指揮。美國空軍和其他有關國家的空軍也都作了同樣的安排。接著，他與法國人又達成了忍受損失的協議。這樣，製空權的問題就被艾森豪威爾解決了。
早在1943年3月，盟軍就在倫敦成立聯合參謀機構，研究和擬製歐陸作戰計劃。艾森豪威爾在原有計劃的基礎上主持製訂的“霸王”作戰綱要包括在諾曼底海岸登陸並突破敵軍的防禦陣地；用兩個集團軍群實施寬大正麵追擊，重點是在左翼取得必需的港口，進逼德國邊境並威脅魯爾，右翼要同從南麵進攻法國的兵力相連接；取得比利時、布列塔尼以及地中海的港口，以便沿著德國占領區的西界建立新的基地；按照兩翼包圍魯爾的方式發動最後進攻，重點再次放在左翼，隨後朝著當時決定的特定方向直接突入德國；攻擊發起日定為1944年6月5日。與此同時，集中於英國的盟軍加緊進行以兩棲登陸作戰為重點的協同作戰演練，相當數量的登陸艇、特種坦克等逐步裝備部隊；空軍頻繁出動，以重創德國空軍，掌握製空權，孤立突擊地帶；情報部門通過“超級”
和“魔術”破譯機構獲取德軍情報，氣象部門則密切注視氣候變化；開始製造人工港和防波堤，敷設通過海峽的輸油管道，采取軍事欺騙措施，使德國最高統帥部判斷失誤。“霸王”行動實施前夕，盟軍在英國共集中兵力38個師（287萬），坦克5000餘輛，艦艇9000餘艘，飛機13000餘架。
處於防禦地位的倫德施泰特的德軍西線部隊（轄隆美爾的B集團軍群和布拉斯科維茨的G集團軍群）共59個師；施佩勒的空軍第3航空隊和克蘭克指揮的西線海軍集群，力量明顯薄弱。令人費解的是，倫德施泰特和隆美爾頗受限製：無權向施佩勒或克蘭克下達命令；未經最高統帥部批準，無權調動任何裝甲師；戰鬥行動地域及防守沿海地區的所有陸軍部隊管轄的範圍，縱深不得超過20英裏。
此外，倫德施泰特、隆美爾和最高統帥部之間在防禦計劃方麵亦有較大分歧。
6月4日，在盟軍作戰會議上，艾森豪威爾根據氣候形勢的變化，果斷地決定將攻擊發起日改為6月6日。
1944年6月6日淩晨，“霸王”作戰開始實施。聯軍的傘兵和空運部隊首先開始在諾曼底著陸，接著是海空軍進行炮擊轟炸，6時30分，4000多艘戰艦載運的五個師12萬人在海空軍的火力掩護和特種坦克的引導下向諾曼底海灘發起衝擊，到深夜就取得了初戰勝利，登陸成功。
灘頭爭奪戰時期，盟軍（蒙哥馬利的第21集團軍群，轄美國第1集團軍和英國第2集團軍）主要通過激戰來鞏固和擴大登陸場。7月，盟軍在攻占瑟堡和岡城之後，登陸場擴大為正麵寬100千米、縱深過50公裏的地帶。7月25日至30日，美軍的“眼鏡蛇”戰役實現了對德軍防線的突破。8月1日，布萊德雷指揮的第12集團軍群（轄美國第1集團軍和第3集團軍）組成，隨後，美軍橫掃布列塔尼。盟軍挫敗莫爾坦反攻後，發現可在法萊斯形成對德軍的包圍圈。
艾森豪威爾命令實施圍殲德軍的作戰。自8月8日起，盟軍通過機動兵力從北、西、南對法萊斯形成包圍態勢。至20日，德軍被俘5萬，死亡l萬。諾曼底戰役至此結束，德軍損失約40萬人，盟軍損失約21萬人。8月25日，盟軍解放巴黎。
攻占德國
8月，盟軍“鐵砧—龍騎兵”作戰開始。9月，實施“霸王”和“鐵砧—龍騎兵”作戰的盟軍勝利會師。德弗斯的第6集團軍群開始隸屬艾森豪威爾。9月1日，艾森豪威爾將司令部移駐法國並從蒙哥馬利手中正式接管地麵部隊的指揮權。在此前後，美軍解放夏隆、蘭斯、凡爾登等地，強渡馬斯河，英軍則解放亞眠、裏爾和布魯塞爾。艾森豪威爾決定盟軍采取“寬大正麵戰略”，使德軍首尾不能相顧而加速崩潰。4日，艾森豪威爾命令阿登以北部隊必須占領安特衛普，突破齊格菲防線，然後奪取魯爾區；阿登以南部隊必須突破齊格菲防線，然後奪取法蘭克福。英軍攻克安特衛普後，盟軍在齊格菲防線前受阻。
12日，艾森豪威爾晉升為五星上將。
1944年12月16日，德軍在阿登地區發動反攻（通稱突出部戰役），企圖攻占列日和安特衛普，迫使美英同意和談。德軍從聖維特地區出發，向西攻至美國第1集團軍的南部，最後進抵馬斯河畔的迪蘭特。與此同時，德軍實施“格賴夫計劃”，組成能講英語的連隊，換穿美軍製服，突入美軍防區製造混亂。17日，艾森豪威爾對形勢作出正確判斷並采取相應措施。19日，艾森豪威爾召開作戰會議，決定北側盟軍先取守勢，待機轉入進攻；南側盟軍則應盡早向北進攻。南側盟軍於22日發動進攻，迫使德軍由進攻轉入防禦；北側盟軍直到次年1月才發起進攻。1945年1月，盟軍會師，將德軍趕過初始防線。在突出部戰役中，盟軍傷亡7郾7萬，德軍傷亡12萬。在突破齊格菲防線之後，盟軍攻占薩爾，將德軍趕過萊茵河，並搶占雷馬根地區的魯登道夫大橋，繼而控製萊茵河東岸，對魯爾實施兩翼包圍。4月18日，德國B集團軍群（32萬餘人）投降。1945年3月，艾森豪威爾與蒙哥馬利就盟軍主要突擊方向發生分歧，蒙哥馬利主張向柏林快速突擊，先於蘇軍攻占柏林；艾森豪威爾則認為主要突擊方向為萊比錫和德累斯頓（考慮到蘇軍距柏林遠比盟軍近，雅爾塔會議規定柏林處於蘇占區，必須爭取蘇聯參加對日作戰），因而據此通知蘇聯協調行動。5月2日，蘇軍攻克柏林。德國代表到駐法國蘭斯的盟軍司令部洽降。5月7日和8日，德國代表在蘭斯和柏林簽署德國無條件投降書。