1944年6月1日，盟軍登陸部隊各第一梯隊師分別在英國南部的15個港口上船。6月3日拂曉，各登陸編隊自各土船港起航。駛抵懷特島南側海域會合，然後駛往登陸地域。由於氣象惡劣，艾森豪威爾於6月4日宣布將突擊登陸日由原定的6月5日推遲24小時。
6月6日淩晨，盟軍3個空降師的突擊梯隊共1.7萬人，分乘1200架運輸機在登陸地域淺近縱深進行傘降。傘降地域：美第82和第101空降師在科唐坦半島東南端，英第6空降師在奧恩河口附近。其任務是奪取海灘堤道和主要橋梁，占領主要登陸地段的翼側，阻止德軍增援，保障登陸部隊上陸。空降兵著陸後，不同程度地完成了預定任務。在空降兵著陸前，英皇家空軍轟炸機指揮部的轟炸機群對各空降地域進行了航空火力準備。6月5日午夜至6日晨5時，美、英空軍的2659架重型和中型轟炸機實施航空火力準備，對登陸部隊上陸地區的德軍岸炮陣地和岸防設施進行轟炸，共投彈約1萬噸。5時30分，盟軍5個艦炮火力支援大隊的100多艘火力支援艦開始對80公裏登陸正麵實施艦炮火力準備，隨後轉入火力支援，較有效地支援了登陸部隊突擊上陸。
6月6日晨，盟軍登陸部隊按照各自的登陸時間分別在5個登陸地段突擊上陸。在“猶他”登陸地段，美第7軍步兵第4師第一梯隊1個團於6時30分突擊上陸；9時30分，初步建立了團的登陸場；至6日終，步兵第4師3個團全部上陸完畢，並鞏固了正麵寬4公裏、縱深9公裏的師登陸場。在“奧馬哈”登陸地段，美第5軍步兵第1師第一梯隊2個團於6時34分突擊上陸，上陸後，登陸部隊遇到德軍有準備的抵抗，傷亡慘重，數小時內未獲進展；至6日終，部隊隻前進1.6~2.4公裏。在“哥爾德”登陸地段，英第30軍步兵第50師第一梯隊2個旅於7時25分突擊上陸，至6日日終，全師建立了縱深約8公裏的師登陸場。
在“朱諾”登陸地段，英第1軍加拿大步兵第3師第一梯隊2個旅於8時突擊上陸，部隊上陸後，遇到德軍堅固支撐點的火力壓製，傷亡甚大，至6日終，部隊距當天任務到達線尚有5~9公裏。在“斯沃德”登陸地段，英第1軍步兵第3師第一梯隊1個旅於7時25分突擊上陸；10時左右，第二梯隊旅上陸，13時左右，第三梯隊旅上陸；部隊除最初遭到一些損失外，進展迅速，沒有遇到德軍的頑強抵抗。至6日終，前出到比伊維爾、貝諾維爾一線，並與英軍第6空降師建立了聯係。
6月7~12日，經過6天的激烈戰鬥，盟軍在80公裏的正麵上建立了集團軍群統一的登陸場。6月18日，美登陸部隊攔腰切斷科唐坦半島，阻止德軍向瑟堡增援；22日午後，向瑟堡發起總攻擊；在航空兵和艦炮火力的支援下，經過數日的激戰，美軍先頭部隊於25日突入瑟堡，26日瑟堡守軍被迫投降；7月1日，拉阿格角和整個科唐坦半島被占領。英登陸部隊在德軍猛烈的抗擊下，前進遲緩；預定在登陸日奪取卡昂，到7月9日才攻占。
至7月初，盟軍已有13個美國師、11個英國師和1個加拿大師共計100萬人，56.7萬噸物資和17.2萬部車輛上陸。由於登陸場過小，美、英軍隊又展開了擴大登陸場的作戰。經過數日戰鬥。美軍於7月18日攻陷交通樞紐聖洛，從而將諾曼底地區的德軍分割開。美、英軍抵達卡昂、科蒙、聖洛、萊賽一線，形成正麵150公裏、縱深13~35公裏的登陸場。至此，諾曼底登陸戰役勝利結束。在這次登陸戰役中，盟軍傷亡12.2萬人，德軍傷亡和被俘11.7萬人。
諾曼底登陸戰役，曆時43天，是第二次世界大戰中規模最大的一次登陸戰役。它是在盟軍掌握了製空權和製海權的條件下，三軍密切協同作戰，出奇製勝的一個典型戰役。它的勝利實施，對美、英盟軍在西歐展開大規模進攻，推動西歐各國人民反法西斯的武裝鬥爭和加速納粹德國的崩潰，起了重大作用；並為組織和實施大規模登陸作戰，提供了許多有益的經驗。