一俟占据滩头，军队立即涌入诺曼底，他们主要是巴顿的美国第3集团军和克里勒的加拿大第1军。计划为让第21集团军群占领卢瓦河和塞纳河之间的区域，占领瑟堡和布雷斯特，然后解放法国全境并向德国进发。这一计划大胆而富有想象力，将由巨大的空中力量保障。取胜的一个关键是制空权：在盟军进攻日当天，德国空军飞机共出击309架次，而盟军达到13688架次。事实上只有十余架德国战斗轰炸机飞抵诺曼底海滩，每架飞机只能发起一番扫射，然后就被驱逐。同样，德国海军也几乎未能对此次进攻构成任何威胁。德国海面舰船都集中于加莱海峡地区，德国潜艇也没有对盟军舰队发起任何攻击。

盟军的一个主要问题是缺少登陆艇。由于数量过少，原计划在“霸王”行动当天在法国南部发起的“铁砧”行动不得不推迟至8月15日，届时德军大部已从该地区撤离。美国海事委员会为何能在不足一周的时间内制造2700艘10500吨级的“自由”货船，反而就是不能建造足够数量的10吨级最基本的木制登陆艇呢？这是战争中的未解之谜。马歇尔怀疑这是海军在船坞局搞的阴谋诡计。“霸王”行动最后的确调遣了足够数量的登陆艇，然而不得不在8月中旬取消曾在6月初起到战略作用的牵制性进攻。

加莱海峡是穿越英吉利海峡的最短通道，从皇家空军肯特郡各机场起飞的战斗机可以提供最佳火力掩护。纳粹反间谍机关还相信其在英国的间谍网络所提供的情报。该情报网的中心人物是一名加泰罗尼亚反法西斯分子，名叫加西亚。他在盟军方面的代号为“嘉宝”，在德军方面代号为“阿拉贝尔”，他虚构了24个下级间谍及其他德国间谍，说他们都渗透到英国，并全部被军情五处“策反”。他们为纳粹反间谍机关提供美军第1集团军行动的情报，该间谍网获得了德军的充分信任。盟军登陆诺曼底一周之后，德军才开始意识到他们所遭遇到的并非是南部的佯攻，而是真正的大举进攻，甚至到了6月26日，德军第15军的59万军队仍驻扎加莱海峡，以防备不会从这里发起的进攻。

英国广播公司于6月1日利用诗人维莱纳的诗《秋之歌》的头一句（即“秋天里小提琴久久的哭泣”）给法国抵抗组织发出命令，让他们为进攻做好准备。纳粹反间谍机关对一位“马基”领袖逼供得知，当第二行（“用单调的柔情刺伤我的心”）播出的时候，进攻时刻马上就要来到。所以按预定时间于6月5日23时15分播出第二句时，驻防加莱海峡的第15军高度戒备，然而驻守诺曼底的第7军却对此一无所知。在位于古荣的B集团军群本部堡垒中，这只被看做是假情报，因为他们不相信盟军会通过电台宣布进攻命令。

凌晨5时前，第7军参谋长向B集团军群发出警告说，盟军真的发动了进攻，隆美尔当天回德国给妻子露茜庆祝生日，不在前线。他当晚6时才赶回古荣。他的参谋长施派德尔中将命令党卫军第12希特勒青年装甲师在拂晓发起反攻，但是盟军4500架轰炸机严重挫败了此次反击。到午餐时，德国国防军最高统帅部仍不能确定这究竟是真正的进攻还是仅为佯攻。伦德施泰特也不能确定。所以当两个装甲师被派往100英里之外的海滩时，宝贵的时机已经丧失。另外还因为伦德施泰特和隆美尔在防御方面存在意见分歧，伦德施泰特认为，盟军登陆不可阻挡，因此必须等发起反攻将他们赶回大海；隆美尔认为必须阻止盟军登陆，并告诫其参谋，“最初的24小时将具有决定意义”。在盟军进攻发起之时，德军在西线驻有59个师，其中八个驻扎荷兰和比利时。在陆军27个师中，只有10个为装甲师，其中三个驻扎南部，一个临近安特卫普。有六个师沿塞纳河以西的200英里的诺曼底海岸驻扎，盟军恰是在这里发起进攻。“这种部署真的只是‘海岸保护’而不是防御！“布卢门特里特后来说。

清晨5时50分，盟国海军向德军海滩工事和诺曼底海岸村庄发起了猛烈的炮火袭击。6时30分，攻击开始时刻，美军主力在“尤他“和”奥马哈“海滩登陆，一小时后英军和加拿大军也到达另外三个海滩。在”尤他“海滩23000名士兵成功登陆，仅伤亡210人，部分原因在于急流将第4师的登陆艇冲到了原定登陆区域以南约2000码的地方，这里防守相对薄弱。32辆“谢尔曼”两栖坦克中有28辆成功登岸。他们遭遇的德军709师的一整团兵力，在第101空降师封锁海滩的至少四个出口之后，该团全部缴械投降。

然而在“奥马哈”海滩，因有三分之二的美国兵力要在此登陆，进展没有如此顺利。久经战阵的美军第1师和从未参战的第29师损失要比“尤他”海滩的第4师多九倍。“奥马哈”海滩沙丘尽头的峭壁有些高出防波堤150多英尺；此处向内凹进的海岸可以让德军炮火交叠袭来；水下的沙州和沙垄阻挡了登陆艇的前进；居高临下威力强大的防御工事未被海军炮火打哑；杀伤性地雷、铁丝网和巨型钢制反坦克环形筑垒是凶险的障碍；德军的精确炮火打击，尤其是第716步兵师的一个团和来自第352步兵师的精锐部队造成了严重破坏。这几乎给登陆“奥马哈”海滩的美军带来灭顶之灾。虽然“奥马哈”海滩上有2000名美军士兵丧生，但到夜幕降临时共有34000名士兵成功登陆，其中有两个突击营用绳梯攀上峭壁，打哑了西面的德军奥克角炮台。