战役进程
6月1日，第一批登陆部队在英国南部的15个港口开始集结上船。原计划是6月3日启航，6月5日登陆。由于天气恶劣，登陆被推迟了二十四小时。6月4日二十二时，航程最远的在犹他海滩登陆的U编队首先启航，其他编队随后也按计划陆续启航。6月5日登陆编队开始横渡英吉利海峡。在航渡途中，盟军出动大批飞机和军舰担任掩护。由于盟军准备充分，组织周密，整个航渡过程未遭任何损失。实际上，盟军安全顺利航渡的最主要原因是恶劣天气帮了大忙，德军的气象人发布了连续数日将会是暴风雨的天气预报，使得德军统帅部判断盟军不可能在这样的天气登陆，诺曼底地区德军戒备状态很低，这就使德军对盟军登陆编队的航渡毫无察觉。
6月6日凌晨二时三十分，庞大的登陆舰队到达距法国海岸11海里的换乘区，士兵们从运输船上沿绳网下到登陆艇，向登陆滩头冲击。上陆时间因各滩头潮汐不同而各不相同，最早的是犹他滩头六时三十分，最晚的是朱诺滩头八时。
五时三十分，由7艘战列舰、24艘巡洋舰、74艘驱逐舰、2艘浅水炮舰组成舰炮火力支援舰队，对80公里登陆正面实施了长达四十分钟猛烈舰炮火力准备。而当登陆艇接近海岸时，舰炮火力开始延伸转为火力支援，直接火力准备接着由登陆艇中的火炮登陆艇和火箭炮登陆艇承担，继续向登陆滩头射击，掩护登陆艇抢滩上陆。整个火力准备过程，密集，猛烈，持久，基本上压制住德军火力，为登陆部队顺利上陆创造了条件。
各滩头战斗情况如下
犹他海滩
在此登陆的是美军第7军第4师，师长是罗斯福总统的小儿子小罗斯福准将。6月6日二时三十分到达换乘区，四时零五分开始换乘，士兵们沿绳网从运输船爬到登陆艇上。为保障对登陆部队的不间断火力支援，在第一艇波中编有8艘坦克登陆艇，共载有32辆水陆坦克。由于风浪太大，坦克登陆艇到达坦克预定下水处比计划晚了半小时，如果仍按计划让速度较慢的水陆坦克下水，那么到达海滩就会比计划更晚，也就失去了及时提供火力支援的作用。所以在指挥艇上的指挥员决定让坦克登陆艇继续航行，直到距海岸仅1海里处才放坦克下水。五时零五分，德军岸炮开始向盟军的扫雷舰开火，五时二十五分，盟军舰炮火力支援军舰比计划提前25分钟开炮还击，紧接着约300架B—26轰炸机飞来向德军阵地投弹约1000吨，然后“喷火”式飞机赶来为舰炮火力提供校射，并于六时十分起施放烟雾，掩护登陆艇抢滩。不料有1架施放烟雾的飞机被击落，使得烟雾中出现一块缺口，正好把“科里”号驱逐舰暴露了出来，立即成为德军岸炮集中轰击的目标，“科里”号在进行规避时误入未清扫水雷的海域，触雷沉没。
登陆艇由于受到一股强劲的东南方向潮汐的影响，使抢滩地点比预计登陆点南移约1800米，这个意外反而给盟军带来意想不到的好运：在预定登陆点有德军一个团的兵力，还有两个炮连可以用火力压制海滩。实际登陆点德军仅一个连，防守力量薄弱。罗斯福将军当机立断，下令将这里作为登陆点，还树立起巨大指示牌标明登陆点。水下爆破组很快清理出通道。六时三十分，登陆兵上陆，八时三十分，第一梯队先头团突破德军防线，向内陆发展，九时三十分，初步建立起团登陆场，十时，已上陆两个团的兵力，基本肃清德军在这一地区的守军第709师，加上空降部队已夺取了四条通路，保证了登陆部队迅速推进。至日落时，第4师的三个团全部上陆，共上陆21328人，1742辆车，1695吨物资，建立了巩固的正面宽4公里，纵深9公里的师登陆场，先头部队已到达卡朗坦至圣梅尔的公路，并与空降兵会合。D日全天，第4师阵亡仅197人，为预计伤亡的10%，损失极小，是盟军五个滩头中最顺利，损失最小的。
奥马哈海滩
在奥马哈登陆的是美军第5军第1师和第29师的各一个团。6月6日三时到达换乘区，当时海面上风力五级，浪高12米，有10艘登陆艇因风浪太大而翻沉，艇上所载300名士兵就在海面上挣扎。没有翻沉的登陆艇上的士兵绝大多数人都晕了船，再加上海水打进艇内，士兵们又冷又湿，当到达海滩时，士兵们已经精疲力尽。
更糟糕的是盟军在登陆前的火力准备中，最初为达成战术上的突然性，在预先航空火力准备时没有对这一地区进行轰炸。6月6日五时五十分，由2艘战列舰、4艘巡洋舰、12艘驱逐舰组成的舰炮火力支援舰队实施四十分钟的舰炮火力准备，可由于害怕霍克角德军岸炮射击，军舰只是在远距离上进行射击，准确率很低。六时由480架B—26轰炸机对德军防御阵地进行直接航空火力准备，投弹达1285吨，但当时云层又低又厚，飞行员怕误伤己方部队，故意延迟30秒投弹，结果1285吨炸弹都落在5公里外。所以德军的防御工事和火力点大都完好无损，当盟军的火力准备刚一结束，德军的炮火就开始射击了。
计划伴随登陆兵上陆提供及时火力支援的水陆坦克，在西段的32辆中有27辆在下水后的几分钟里就因风浪太大而沉没，余下的5辆有2辆是驾驶员技术高超战胜风浪驶上海滩的，另3辆要归功于一位坦克登陆艇长的主动精神，他见第一辆坦克刚下水就在风浪中沉没，立即命令关上艇首门，将余下的3辆直接送上海滩。在东段指挥员见风浪太大，水陆坦克无法下水，就命令将坦克直接送上海滩，但这样一来到达海滩的时间提前了，为了等待配合作战的装甲车辆，坦克登陆艇不得不在海岸附近徘徊等待，德军抓住机会猛烈炮击，击沉了2艘坦克登陆艇，水陆坦克和装甲车登陆时间被推迟，可刚上海滩，就被德军炮火摧毁了好几辆。接着第一波1500名士兵开始突击上陆，因为海中有一股向东的潮汐，以及岸上迷漫的硝烟，使得士兵难辨方向，队形也变得混乱。上陆时士兵们要先趟水涉过1米多深，50—90米宽的浅水区，还要通过180—270米宽毫无遮掩的海滩，才能接近到堤岸，而且这一切都在德军密集而猛烈的炮火下。所以在最初的半小时里，这1500名士兵根本无法投入作战，只是在浅水中、海滩上为生存而苦苦挣扎。在第一批登陆的8个连中只有2个连登上预定海滩，但也被德军的火力压得抬不起头。由工兵和海军潜水员组成的水下爆破组，伤亡惨重，装备丢失损坏严重，但仍克服困难冒着德军炮火开始清除障碍物，在东段开辟出两条通路，在西段开辟出四条通路，可惜在涨潮前来不及将通路标示出来，后续登陆艇一直找不到通路，拥塞在海滩上听任德军炮击。
第二波于七时到达海滩，正逢涨潮，德军炮火非常准确猛烈，完全将登陆部队压制在狭窄的滩头。两小时里美军在西段没有一个人冲上海滩，在东段也仅仅占领9米宽的一段海滩。海面上挤满了登陆艇，秩序异常混乱，海滩勤务主任只好下令只许人员上陆，车辆物资一律暂时不上陆。此时美军第1集团军司令布莱德利根据几份零星的通信和军舰了望哨的报告，知道登陆遇到极大困难，胜利几乎不可能了，他打算放弃在奥马哈的登陆，让美军第5军后续部队在犹他海滩或英军的滩头上陆。
然而就在这时，局势发生了转机，担任舰炮火力支援的美国海军见陆上的官兵死伤累累，岸上火力控制组和海军联络组都没有消息，意识到海滩上形式已极为严峻，17艘驱逐舰不顾搁浅、触雷和遭炮击的危险，驶到距海滩仅730米处，进行近距火力支援。海滩上有150名别动队员艰难地爬上了霍克角，发现所谓的155mm海岸炮竟然是电线杆伪装的，消除了海岸炮的威胁，美军的驱逐舰大发神威，向海滩上德军火力点逐一开火，强大的火力打得德军毫无招架之力，只得挂白旗乞降。然后驱逐舰又向每一个新发现的目标射击，并且只要见陆军用曳光弹射击，就把它当作是在指示目标，马上进行轰击。正是驱逐舰的积极援助，逐步压制住德军的火力，为海滩上的美军攻击创造了条件。
中午时分，第二梯队三个团的生力军提前上陆，在舰炮和坦克支援下，一步一步扩大登陆场天黑时，第1师和第29师终于杀开一条血路，占领正面6.4公里，纵深2.4公里的登陆场，到夜间登陆场正面进一步扩大到8公里，上陆人员共3.5万人。D日全天，美军第5军付出的代价也极为惨重，光阵亡就达2500人。当夜，第5军军部上岸，开设前进指挥所。军长罗杰少将向布雷德利发出的第一封电报就是：“感谢上帝为我们缔造了美国海军。”
金 海 滩
在金海滩登陆的第一梯队是英国第30军的第50师，加强有第79特种装甲师的一个坦克旅。第二梯队是英国第7装甲师，这是盟军在D日登陆的唯一一个装甲师，该师参加过北非战役并打败了隆美尔的“非洲军团”，是盟军装甲部队中的王牌。
6月6日四时五十五分，编队到达换乘区。由于金海滩的卡尔瓦多斯礁脉在低潮时是露出水面的，所以登陆时间必须在涨潮后的六十分钟，这样登陆时间就定为七时二十五分，也就使英军的火力准备时间比较充足，舰炮火力准备长达一百分钟，持续而猛烈的炮击收到了很大效果，德军几个主要的支撑点都被摧毁。由于风浪太大，登陆指挥员临时决定水陆坦克不下水，由坦克登陆艇直接送上滩头，这就避免了像美军那样的损失。再加上德军支撑点的火力只能纵向射击海滩，无法向海上目标射击，就使得英军登陆部队抢滩冲击时没有遭到炮火射击，冲上海滩进入德军炮火射界后又得到水陆坦克和特种坦克的有力支援，很顺利地控制了登陆场。英军的推进非常顺利，一直到勒阿米尔村才遭到较猛烈的抵抗，步兵被德军纵深火力所阻遏推进受阻。这时候英军三辆用于充当开路先锋的“巨蟹”扫雷坦克，在登陆后的战斗中一辆被毁，一辆陷入沼泽，仅剩的一辆开上来一直突入村内将德军火力打哑，为步兵扫清障碍。在其他地方，一切就像演习那样非常顺利。到十一时，第二梯队第7装甲师开始上陆，海滩上已由特种坦克开辟出七条通路，所以英军的推进顺畅无阻。十二时三十分，第50师集中主力两个旅的兵力并肩向内陆进攻，于当晚二十一时占领阿罗门奇，与在朱诺海滩登陆的加拿大军队会合，将两个滩头连成一片。
至此英军第50师完成了预定任务，占领了纵深约8公里的师登陆场，当天上陆约3.5万人，伤亡约1500人。
朱诺海滩
在朱诺海滩登陆的是加拿大第1军第3步兵师，加强有第79装甲师的一个特种坦克旅。
6月6日四时三十分，编队按时到达换乘区，由于航行中天气恶劣，加上导航错误，使登陆时间比预定时间推迟了二十分钟，这就意味着登陆将错过合适的潮汐，不得不在涨起的潮水中进行，登陆艇被迫在被潮水淹没的障碍物之间卸下人员、车辆和物资，庆幸的是在登陆时损失并不大，但登陆艇在卸载完成后返航时有很多被布设在障碍物中水雷炸沉，其中运送一个营的24艘登陆艇被炸沉20艘，损失率高达83%。因为在航空火力和舰炮火力准备时天气恶劣，所以对德军防御工事破坏不大，因此当加军步兵上陆后，一度遭到德军的压制。还好盟军舰炮火力召唤支援非常及时准确，加上水陆坦克的积极配合，终于突破了德军防线取得了进展。只是运送工兵的登陆艇很晚才到，排除水下障碍物的工作直到高潮过后才开始，这样使得海滩上通路很少，导致大量车辆拥挤在海滩上，后来在特种坦克支援下打通了12条通路，这才迅速疏通了海滩，保障了后续部队的上陆和推进。傍晚时分，加军先头部队已推进到内陆11公里处，甚至有些装甲部队已到达贝叶至冈城公路，只是没有步兵伴随掩护又退了回来。
当日日终，加军已推进到距冈城5公里处，并与英军的金海滩连成一片，使两个登陆场合二为一，形成正面19公里，纵深10公里的大登陆场。D日全天，加军从朱诺海滩上陆约2万人，伤亡约2000人。
剑 海 滩
由于登陆正面太过狭窄，在此登陆的英军第1军第3步兵师的第一梯队仅一个旅。为保证登陆编队航行不出偏差，英军还特地派X—23号袖珍潜艇在此足足潜伏了两天两夜，在登陆时上浮作航向引导。
6月6日四时三十分，S编队到达换乘区，五时三十分，德军从勒阿弗尔出动了4艘鱼雷艇攻击了S编队，击沉了挪威驱逐舰“斯文内尔”号。
七时三十分，第一梯队旅开始上陆，由于航空火力和舰炮火力准备十分有效，加上第一梯队中的40辆水陆坦克有32辆顺利上陆，为登陆部队提供了有力的火力支援，使登陆部队进展十分顺利迅速，几乎没遇到多少顽强抵抗。十时第二梯队旅上陆，十三时，预备队旅上陆。除了最初的轻微伤亡外，一切都顺利的出乎意料，反倒使预料将在海滩上浴血奋战的士兵不知所措，他们没有乘胜前进，停下来挖壕固守。只有第1特种勤务旅继续推进，很快占领了考勒维尔，并在十三时三十分到达奥恩河与英国第6空降师会合。十五时五十分，S编队司令塔尔博特少将上岸视察，发现海滩上人员和车辆秩序混乱，随即命令派出海滩控制组上岸整顿海滩秩序。
D日晚二十一时，第3师已推进到内陆6.4公里，并夺取了贝诺维尔附近的奥恩河上的桥梁，与第6空降师会师。而编入第3师的171名自由法国士兵成为第一批解放自己祖国的法军，当他们坐在坦克上用纯正法语向路边的居民问好时，让生活在德军的占领下的人们大为惊喜，法军登陆的消息立即不胫而走，从而在沿途都受到了极为热烈的欢迎，其热情程度甚至影响了部队的推进。
从D日的整体情况来看，盟军在五个海滩都取得了成功，然而形势并不乐观，盟军没有完成当日任务，没有占领预定占领的地区，尤其是没占领卡昂和贝叶，而且在五个滩头中，只有金海滩和朱诺海滩连成一片，其余滩头之间都存在不小空隙，特别是美、英两军之间还有达12公里的大空隙。要知道只有顶住了德军随后的反击，并将五个滩头连成一片，扩展成统一的登陆场后，才可以谈得上胜利。
出乎盟军意料的是在D日德军并未组织反击，这主要是恶劣天气影响，德军从上到下都认为盟军是不可能在这样的天气里发动进攻的，前线部队没有进入临战状态，甚至一些必要的巡逻警戒都被取消了。就在盟军登陆的关键时刻，德军一些重要指挥官都不在岗位，诺曼底地区唯一的装甲单位，也就是德军最初反击的中坚，第21装甲师师长费希丁格少将以及师作战处处长认为恶劣天气不会有什么情况，乘机到巴黎休假，只留下参谋长在卡昂的师部。B集团军群司令隆美尔正赶回赫尔林根的家中庆贺妻子的生日。而掌握战略预备队指挥权的希特勒刚刚入睡，随从接到前线的紧急报告，却不敢叫醒他，直到他自己醒来，已是6月6日上午十时，此时盟军的空降兵着陆已八小时，登陆兵上陆也已四小时。在这一期间，德军西线总司令龙德施泰特元帅要求将战略预备队的装甲部队投入反击，但被总参谋长约德尔拒绝。希特勒醒后，听取了有关部门的报告，认为在诺曼底的登陆只是一场佯攻，所以下令B集团军群的第15集团军和战略预备队都不得调往诺曼底。可到了当天的十四时，他改变了主意，将党卫军第12装甲师划归诺曼底的第7集团军指挥，一小时后即十五时，又命令党卫军第12装甲师和装甲教导师组成党卫军第1装甲军，立即开赴诺曼底。但这一命令因盟军强烈的电子干扰，直到十六时才传到这两个师，而此时这两个师距战场距离都很远，加上盟军空军对交通线的严密封锁，根本无法在D日投入战斗。在D日组织反击只有第21装甲师，可是师长不在指挥岗位，参谋长无权调动集结部队，他只好将手上仅有的24辆坦克派去攻击卡昂以东的英军。因为仓促出动，准备不足，加上没有步兵伴随支援，被英军轻而易举击退。除此之外德军在D日就再没什么反击了。
6月6日，也就是被隆美尔预言为“决定性的二十四小时”，被艾森豪威尔称作“历史上最长的一天”，就这样平静地渡过了。
6月7日，希特勒将西线装甲集群的5个装甲师的指挥权交给隆美尔，隆美尔决心凭借这支精锐部队大举反击，但面对严峻局势，他不得不把反击的第一个目标定为先阻止盟军将五个登陆滩头连成完整的大登陆场，其次再确保卡昂和瑟堡。可惜这支装甲部队从100—200公里外赶来，一路上在盟军猛烈空袭下，根本无法成建制投入作战，即使零星部队到达海滩，也在盟军军舰炮火的轰击下伤亡惨重，再没了往日的威风。就这样整个7日白天，在盟军海空军绝对优势火力下，德军无力发动决定性的大规模反击。
7日下午，艾森豪威尔在海军司令拉姆齐陪同下，搭乘驱逐舰到达诺曼底，视察登陆滩头，并同蒙哥马利、布莱德利等高级将领讨论战况，认为在犹他海滩和奥马哈海滩之间在卡朗坦河口留有一个大缺口，这是个很严重的隐患，为此艾森豪威尔决定改变原定计划，命令美第5军和第7军暂不急于去攻占瑟堡，而是趁德军尚无力反击的有利时机，先封闭这一缺口。英军则肃清海滩附近残余德军，进一步巩固登陆场。当天英军攻占巴约。
6月8日，德军3个装甲师向卡昂地区英、加军结合部猛攻，遭到英军反坦克炮和海军舰炮联合抗击，损失极大。至此隆美尔和龙德施泰特都明白以现有兵力是无法消灭登陆的盟军了，于是只得下令就地转入固守。这一天奥马哈的美军与金海滩的英军取得了联系，初步封闭了两地之间的缺口。
6月9日，希特勒在龙德施泰特的极力要求下，同意从驻加莱的第15集团军抽调17个师用于诺曼底。但在盟军“卫士”计划的影响下，同时在总参谋长约德尔、最高统帅部办公厅主任凯特尔、西线情报处处长罗恩纳等人的反对下，希特勒于午夜时分，下令停止增援诺曼底，并将其他地区部队火速调往加莱。 龙德施泰特闻讯后仰天长叹：“这场战争输定了！”
同一天，美军第2步兵师在奥马哈海滩上陆，美第5军在得到该师加强后，向西向南大步推进。
6月10日，隆美尔和西线装甲集群司令冯·施韦彭格上将一致决定集中在诺曼底的所有装甲部队，在第2空降军的配合下，全力反击，以阻止盟军继续扩大登陆场。不料盟军的飞机轰炸了西线装甲集群司令部所在地，施韦彭格被炸成重伤，他的参谋长和很多参谋人员丧生，使得这次反击还未实施就胎死腹中。
6月11日，美第5军推进到科蒙——塞里亚——伊济尼一线，其先头部队正越过维尔河口，努力打通与美第7军的联系。德军明白一旦这两个军连成一片将构成极大威胁，所以全力阻止美军的行动，双方激战不断，黄昏时美军第5军已同第7军建立起了联系。 同一天，盟军的人工港被拖到诺曼底投入使用，使盟军的卸载速度大大提高，在美军地段的“桑树A”人工港，卸载车辆的速度达到每分钟2辆。
6月12日，美军攻占卡朗坦。至此五个登陆场连成了一片，形成正面宽80公里，纵深12—18公里的大登陆场。在七天里共上陆人员32.6万，物资10.4万吨，并继续向大陆运送更多的人员、物资、装备和补给。
在盟军登陆后，德军就从本土和意大利调集飞机，攻击登陆滩头，只是实力相差太过悬殊，只能在夜间进行一些骚扰性质的空袭，起不到什么作用。七天里共出动1683架次，还不及盟军一次航空火力准备出动的飞机架次，取得的战绩只是击沉了2艘驱逐舰和若干艘小型舰艇。
当盟军登陆滩头成为巩固统一的登陆场后，就按预定计划向内陆发展，美军第1集团军夺取瑟堡，担负主攻；英军第2集团军猛攻卡昂，造成直取巴黎的假象作为佯攻。
德军虽然最初的反击已告失利，但并不甘心就这样任由盟军发展，隆美尔调整部署，使用步兵防守卡昂至科蒙一线，抽出装甲部队以反击手段来阻止美军的进攻 。但还没等新的部署调整好，英军就先发制人发动了攻势，打乱了德军的计划，有力保障美军对瑟堡的攻击。
6月13日，英第7装甲师在向卡昂西南的维莱博日推进途中，与正从亚眠赶来的德军党卫军第2装甲师遭遇，双方随即爆发激战，英军人员、坦克损失很大，被迫后撤。虽然英军的进攻没有进展，但却将德军精锐的第2装甲师吸引在卡昂地区，为美军进攻创造了条件。当美军占领卡朗坦后，德军从卡昂地区无法抽出部队，只好从布列塔尼半岛紧急调来党卫军第17装甲师，攻击美军侧面以消除美军对瑟堡的威胁，美军经激烈战斗，击退了德军，并乘胜于6月14日突破德军在圣索沃地区的防线，最终于6月16日攻占了圣索沃。根据希特勒的指示，在该地区的4个师必须全力阻滞美军的前进，然后向瑟堡且战且退，死守瑟堡。隆美尔清楚地知道，这4个师几天来在战斗中兵力装备消耗很大，已无力胜任坚守瑟堡的重任，即使退入瑟堡，充其量不过使瑟堡多坚持几天而已。所以他向希特勒请求将这些部队直接撤往塞纳河，加强塞纳河的防御。但希特勒拒绝了他意见。当圣索沃地区出现被突破的征兆时，隆美尔不顾希特勒的指示，果断命令所有能联络上的部队迅速向南撤退，这才挽救了不少部队。
6月18日 ，美军攻占了科汤坦半岛中部的巴内维尔。
6月19日，美军出色发挥机动性强的优势，掉头直取蒙特堡，将科汤坦半岛拦腰切断。
6月20日，美军有3个师推进到距瑟堡仅8公里处。瑟堡位于科汤坦半岛北部，是法国北部最大港口。德军筑有混凝土野战工事，还利用河流和水渠设置反坦克障碍，在城郊部署有20个设在暗堡里的炮连，其中15个是口径150mm重炮，这些火炮既可向海上目标射击，又可控制内陆道路。只是兵力不足，因为前一时期的战斗已消耗了大量有生力量，城防司令施利本将军把勤杂人员编入战斗部队，才勉强凑起4个团的兵力。
6月21日，美军为保全港口设施，以广播敦促守军投降，遭到德军拒绝。于是美军决定对瑟堡实施强攻。
6月22日，盟国空军进行攻击前的航空火力准备，出动500架次飞机对瑟堡实施密集轰炸，投弹1100吨。随后美军3个师从南面发起猛攻，德军殊死抵抗。为尽快攻下瑟堡，美军迫切需要海军提供舰炮火支援，可恶劣天气使得舰炮火支援直到6月25日才开始。海军派出3艘战列舰，4艘巡洋舰，11艘驱逐舰组成舰炮支援编队支援地面部队，美第7军军长柯林斯中将为避免舰炮误伤己方部队，要求军舰除提供召唤射击外，只能对射击军舰的德军炮火还击，取消了其他一切远距离舰炮射击。海军军舰进行了长达七小时的舰炮射击，极其有效压制了德军炮兵火力。在强大的海空军火力支援下，美军第7军于6月25日黄昏冲入了瑟堡市区。次日，施利本和港口海军司令亨尼克少将一起宣布投降，但个别同主力失去联络的据点仍负隅顽抗，美军使用坦克和轰炸机协同攻击，将德军残部逐步压缩到瑟堡最西北端。7月1日最后据点里德军被迫投降。至此，美军占领整个科汤坦半岛。
就在美军攻占瑟堡的同时，蒙哥马利指挥英军第2集团军，于6月26日以4个师的兵力发起代号为“埃普索姆赛马场”的作战，猛攻卡昂。于当天中午攻占舍克斯，并继续向前推进，但在左右两翼都受到德军党卫军第12装甲师的坚决反击，前进非常艰难。6月27日，英军经一番苦战，击退德军的反击，占领劳良，先头部队第11装甲师控制了奥登河上的桥梁。6月28日，英军主力渡过奥登河，建立起正面宽3650米，纵深900米的桥头阵地。6月29日，德军集中5个装甲师发起反击，盟军的空军乘着天气晴朗的有利条件大举出动，对德军装甲部队实施了极其猛烈的轰炸，瓦解了德军的攻势。英军第11装甲师乘机占领卡昂西南的战略要地112高地。德军深知112高地的重要价值，随即组织多次反扑，但均未得手。6月30日，德军集中所有炮火，全力炮击112高地，在猛烈炮击下，英军难以坚守，只好放弃112高地撤到奥登河岸边。德军虽夺回了112高地。但一直在盟国空军的猛烈打击下，无法集中使用装甲部队，也就发挥不出装甲部队巨大的突击威力，一般只能使用200名步兵和15—20辆坦克组成小型战斗群进行短促出击，难以取得胜利，加上几天来坦克损失约100辆，又得不到补充，隆美尔为确保卡昂，只好放弃外围一些阵地，将全部900辆坦克中的700辆部署于卡昂近郊。盟军在占领卡卢克机场后，再无力推进，双方陷入对峙。
6月29日，隆美尔和龙德施泰特晋见希特勒，汇报了当前的战局。希特勒对此大为不满，调整了德军西线高层指挥人事，以克卢格元帅取代龙德施泰特任西线总司令，埃伯巴赫取代冯·施韦彭格指挥西线装甲部队，并将所部改称第5坦克集团军，以党卫军上将豪瑟接替刚刚病故的多尔曼上将任第7集团军司令。
7月1日，盟军宣布“霸王”登陆作战中的海军作战即“海王”作战胜利结束。随即撤销东、西特混舰队的番号，所属舰艇一部分被调往地中海和太平洋。盟军又在诺曼地新设立两个海军基地司令部，一个在瑟堡，一个在朱诺海滩的人工港，具体负责指挥调度人员、物资的运输和卸载。
7月3日，盟军集中14个师的兵力，向登陆场正面德军约7个师发动猛攻。因前进的道路上是大片沼泽和诺曼底地区特有的树篱地形，易守难攻，加上天气不佳空军也无法出动，所以进展缓慢，在五天里才前进6.4公里，而伤亡高达5000人。接下来足足经七天的浴血奋战，又付出5000人的伤亡才推进4.8公里。伤亡如此之大，主要是前进的道路两侧都是沼泽，只能展开1个师的兵力，在遍布地雷、障碍物的道路上粉碎德军的顽抗步步推进。
7月6日，直属盟军最高司令部指挥的具有极强机动力和突击力的美军第3集团军，在骁勇善战的巴顿率领下，踏上欧洲大陆。
7月9日，德军党卫军装甲教导师被调到维尔河地区，抗击美军的攻势，尽管该师全力奋战，仍阻止不了美军的推进。
7月11日，西线美军向诺曼底地区重要的交通枢纽圣洛发动钳形攻击，但德军依托预先构筑的工事拼死抵抗，美军的攻击未能如愿。于是美军停止攻击，整顿部队，补充弹药，准备第二轮进攻。而德军人员、装备、弹药所剩无几，又得不到补充，已是山穷水尽。在美军随后发起的第二轮进攻中终于不支，圣洛于7月18日被美军攻占。在圣洛战斗中德军在诺曼底地区重要的前线指挥第84军军长马克斯中将阵亡。美军为夺取圣洛也付出了近4万人伤亡的高昂代价。随着圣洛的失守，德军在诺曼底地区防线被盟军分割为两段，局面更为被动不利。
与此同时，东线的英军对卡昂发动第二轮攻势。7月7日，盟军出动460架次重轰炸机，对德军阵地进行密集轰炸，在四十分钟里投弹达2500吨。7月8日，英军2个师和加军1个师在海军舰炮火力支援下，向卡昂实施向心突击。不料空军的猛烈轰炸虽给德军造成了惨重伤亡，却也造成了遍地瓦砾废墟，其损坏程度甚至严重影响了己方地面部队的推进，因此英军于7月10日才占领卡昂。
在随后的一周里，盟军一边补充兵力物资，一边不断向正面德军施加压力，使其无法重新调整部署。
7月18日，为进一步将登陆场扩大到奥恩河至迪沃河之间，英军继续由卡昂向东南推进，为配合英军的进攻，盟国空军实施了更猛烈的航空火力准备，共出动1700架次重轰炸机和400架次中轰炸机，投弹达1.2万吨，并吸取对卡昂轰炸的教训，炸弹都改用瞬发引信，以减少对道路的破坏。德军也改变战术，采取纵深梯次防御，大量使用88mm高射炮平射坦克，并在有利地形不断组织反冲击，使英军伤亡很大，坦克损失达150辆，进攻被迫停止。
尽管英军的进攻没有取得进展，但在整个战场上，盟军已到达冈城——考蒙——圣洛——莱索一线，形成正面宽150公里，纵深15—35公里的登陆场，建立并巩固了战略性质的桥头堡，完成了大规模地面总攻的准备，夺得了供大规模装甲部队展开的进攻出发阵地，为收复西欧奠定了坚实的基础。至此，诺曼底登陆战役从盟军的胜利告终。
战役影响
诺曼底登陆的胜利，宣告了盟军在欧洲大陆第二战场的开辟，意味着**德国陷入两面作战，减轻了苏军的压力，协同苏军有力的攻克柏林，迫使***德国提前无条件投降。美军从而把主力投入太平洋对日全力作战，加快了第二次世界大战的结束。