1944年1月21日，艾森豪威爾在諾福克旅館召開了遠征軍最高司令部首次會議，在會議上明確了登陸作戰的綱領，使這次會議成為二戰中最為重要的軍事會議之一。
1944年2月，英美聯合參謀長委員會批準了“霸王”計劃大綱和修改後的作戰計劃，但是隨之對登陸艦艇的需求也增加了，為了確保擁有足夠的登陸艦艇，英美聯合參謀長委員會決定將登陸日期推遲到6月初，並且將原定同時在法國南部的登陸推遲到8月。
由於登陸日（代號D日）推遲到6月初，盟軍統帥部開始確定具體的日期和時刻，這是一個複雜的協同問題，各軍兵種根據自己的需要提出不同要求，陸軍要求在高潮上陸，以減少部隊暴露在海灘上的時間；而海軍則要求在低潮時上陸，以便盡量減少登陸艇遭到障礙物的破壞；空軍要求有月光，便於空降部隊識別地麵目標，最後經認真考慮，科學擬定符合各軍種的方案，在高潮與低潮間登陸，由於五個灘頭的潮汐不盡相同，所以規定五個不同的登陸時刻（代號H時），D日則安排在滿月的日子，空降時間為淩晨一時，符合上述條件的登陸日期，在1944年6月中隻有兩組連續三天的日子，6月5日至7日，6月18日至20日，最後選用第一組的第一天，即6月5日。
戰役目的是橫渡英吉利海峽，在法國北部奪取一個戰略性登陸場，為開辟歐洲第二戰場最終擊敗德國創造條件。戰役企圖是在諾曼底登陸，奪取登陸場，在登陸的第12天，把登陸場擴展到寬100公裏，縱深100公裏。計劃在登陸場右翼空降2個師的美國傘兵，切斷德軍從瑟堡出發的增援，並協同登陸部隊奪取“猶他”灘頭，在左翼空降1個英國傘兵師，奪取康恩運河的渡河點，然後首批8個加強營在5個灘頭登陸，建立登陸場，在鞏固和擴大登陸場後，後續部隊上岸，右翼先攻占瑟堡，左翼向康恩河至聖羅一線發展，掩護右翼部隊的攻擊；第二階段攻占岡城、貝葉、伊濟尼、卡朗坦，第三階段攻占布勒塔尼，向塞納河推進，直取巴黎。
盟軍通過海空軍的卓有成效的佯動，成功運用了雙重特工、電子幹擾，以及在英國東南部地區偽裝部隊及船隻的集結等一係列措施，還讓巴頓將軍在英國進行戰前演說，再加上嚴格的保密措施，使德軍統帥部在很長時間裏對盟軍登陸地點、時間都作出了錯誤判斷，以為盟軍將在諾曼底東北方的加萊海灘登陸，甚至在盟軍諾曼底登陸後仍認為是牽製性的佯攻，這就導致了德軍在西線的大部分兵力、兵器被浪費在加萊地區，而在諾曼底則因兵力單薄無法抵禦盟軍的登陸。同時，盟軍還找到一個和蒙哥馬利長得極像的的人在北非冒充蒙哥馬利，使得隆美爾以為蒙哥馬利一直在北非。這些戰略上的欺騙，使得德軍統帥部判斷錯誤，不僅保障了登陸作戰的突然性，還保證了戰役順利進行，對整個戰役具有重大影響。
德國為抗擊盟軍的登陸，早在1941年12月起就開始構築沿海永久性防禦工事。1942年7月20日，希特勒下令從挪威北部至西班牙海岸構築由1.5萬個堅固支撐點組成的防線，也就是所謂的大西洋壁壘，希特勒要求在1943年5月1日之前完成，實際上直到1944年5月，除加萊地區外，在960公裏的漫長海岸線上，隻修築了少數相距遙遠的零星支撐點，在塞納-馬恩省河以東地區完成了68%，塞納-馬恩省河以西地區僅完成了18%。海岸炮兵方麵，德軍部署在法國西部沿海地區的大口徑火炮主要有：格裏角地區有4門280毫米和3門381毫米岸炮、維梅納地區有3門305毫米岸炮、桑卡特西部地區有3門406毫米岸炮。而由於盟軍情報機關的卓越努力，使德軍最高統帥部認為挪威將是盟軍優先奪取的地區，反而投入大量人力物力，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。此外，德國還有一項優先建設的工程是海峽群島設防工程，至1944年共建成11座配備38門210毫米至305毫米火炮的炮台，這一工程在戰略上毫無意義，隻是浪費了大量寶貴的人力物力。
所以，被德國宣傳部門大肆渲染的大西洋壁壘，實際隻是徒有虛名而已。倒是隆美爾元帥就任B集團軍群司令後，非常重視對沿海地區的防禦建設，親自率領特派代表團實地視察了從丹麥、荷蘭、法國的沿海防禦情況，並特別要求前沿防禦要前推至海中，從高潮線開始，在深海中布設水雷，在淺海中設置障礙物，這些斜插入海的木樁被盟軍稱為“隆美爾蘆筍”，海灘上則是鋸齒狀的混凝土角錐、坦克陷阱，其間還布設大量地雷，在能俯視海灘的製高點構築隱蔽火力點，海灘後麵的開闊地區，則布設了大量防機降的木樁，布置這些爆炸物和障礙物，工程浩大，直到盟軍發起登陸時，僅僅完成了一部分，即使這樣也給後來盟軍登陸造成了不小損失。
雙方兵力分析
盟軍：
為實施這一大規模的戰役，盟軍共集結了多達288萬人的部隊。陸軍共36個師，其中23個步兵師，10個裝甲師，3個空降師，約153萬人。海軍投入作戰的軍艦約5300艘，其中戰鬥艦隻包括13艘戰列艦，47艘巡洋艦，134艘驅逐艦在內約1200艘，登陸艦艇4126艘，還有5000餘艘運輸船。空軍作戰飛機13700架，其中轟炸機5800架，戰鬥機4900架，運輸機滑翔機3000架。為此，盟軍的空襲由轟炸德國的工業區轉變成轟炸德國的交通線（後期根據德國的記載，由於盟軍對德的轟炸，使修建大西洋堡壘的進度一再變慢，甚至有些修建大西洋堡壘的工人被迫去修建鐵路）在D日前夕 這些轟炸機又轟炸了海灘的防禦設施，隻是由於探路人的失誤使這些轟炸沒起到什麼作用。
德軍：
1944年5月，德軍在東線蘇聯戰場有179個師和5個旅，約占德軍總兵力的65%。在西線的法國、比利時、荷蘭，隻有歸西線總司令陸軍元帥龍德施泰特指揮的59個師，其中33個海防師，15個步兵師，8個裝甲師，2個傘兵師。即使再加上由希特勒親自指揮的戰略預備隊2個裝甲師，總共才60個師，約76萬人。西線司令部所屬的58個師，編為兩個集團軍群，共四個集團軍。B集團軍群由陸軍元帥隆美爾指揮，駐守法國北部，共39個師是西線德軍的主力。下轄第15集團軍，司令是薩爾穆特上將，駐加萊，擁有包括14個海防師，4個步兵師，5個裝甲師在內共23個師；第7集團軍，司令是多爾曼上將，駐布列塔尼半島，擁有包括8個海防師，5個步兵師，1個裝甲師在內共14個師。G集團軍群，由布拉斯科維茲上將指揮，駐守法國盧瓦河以西地區，共有19個師。下轄第1集團軍，司令為謝瓦萊裏中將，駐比利時，共10個師；第19集團軍，司令為鬆德施泰因中將，駐法國南部，共9個師。
西線德軍裝甲部隊總共有10個裝甲師和3個重型坦克營，其中6個裝甲師是由希特勒親自指揮的，而且德軍統帥部認為坦克不適宜於在海灘使用，所以部署在海灘附近地區的裝甲部隊僅有駐卡昂的第21裝甲師，隻有127輛四號坦克和40輛III型自行坦克突擊炮。
海軍兵力為驅逐艦5艘，潛艇52艘，遠洋掃雷艦16艘，巡邏艦116艘，掃雷艇309艘，魚雷艇34艘，炮艇42艘，總共才561艘中小軍艦，實力非常弱小。
空軍為第3航空隊，作戰飛機約450架，其中戰鬥機160架。與盟軍作戰飛機數目相比，處於1∶30的絕對劣勢。在諾曼底地區守軍為第7集團軍所屬的6個師又3個團，其中3個海防師，戰鬥力較弱；2個步兵師，1個裝甲師，戰鬥力稍強；3個團是2個獨立步兵團和1個傘兵團，總兵力約9萬人。防禦工事也比較薄弱，隻構築了若幹鋼筋混凝土的獨立支撐點，大部分工事都是野戰工事，縱深也隻設置了少量防空降障礙物。1944年3月德軍部署在法國的裝甲部隊隻有一個滿員的裝甲師，即第21裝甲師。希特勒1944年4月判斷諾曼底將是盟軍的登陸地點，要求加派兵力，隆美爾根據這一指示，將原駐聖洛的第352步兵師調到諾曼底。
4艘，炮艇42艘，總共才561艘中小軍艦，實力非常弱小。
空軍為第3航空隊，作戰飛機約450架，其中戰鬥機160架。與盟軍作戰飛機數目相比，處於1∶30的絕對劣勢。在諾曼底地區守軍為第7集團軍所屬的6個師又3個團，其中3個海防師，戰鬥力較弱；2個步兵師，1個裝甲師，戰鬥力稍強；3個團是2個獨立步兵團和1個傘兵團，總兵力約9萬人。防禦工事也比較薄弱，隻構築了若幹鋼筋混凝土的獨立支撐點，大部分工事都是野戰工事，縱深也隻設置了少量防空降障礙物。1944年3月德軍部署在法國的裝甲部隊隻有一個滿員的裝甲師，即第21裝甲師。希特勒1944年4月判斷諾曼底將是盟軍的登陸地點，要求加派兵力，隆美爾根據這一指示，將原駐聖洛的第352步兵師調到諾曼底。