双方兵力分析
德军
德军统帅部进行了周密的部署。投入西线作战的总兵力为136个师（其中包括10个装甲师、4个摩托化师）、2439辆坦克、3700架飞机，另有运输机600架。兵力配置上分为A、B、C三个集团军群：中路的A集团军群64个师（其中包括7装甲师、3个摩托化师），由伦斯德上将指挥，担任中间突破阿登山区直冲英吉利海峡的任务；右翼的B集团军群28个师（其中包括3个装甲师、1个摩托化师），由包克上将指挥，担任助攻任务，目的是进攻荷兰、比利时和卢森堡，以吸引英法联军的主力；左翼的C集团军群17个师，由勒布上将指挥，其任务是佯攻马其诺防线，以牵制法军使其不能北上增援；以另外的27个师作战略预备队。
联军
荷兰、比利时、卢森堡、法国和英国远征军共有135个师（其中法军和英军共有103个师，编成3个集团军群）、3469辆坦克、2000架飞机，并可利用英伦三岛1000多架飞机支援战斗，在兵力上与德军相当。然而，英法长期推行绥靖政策，备战不力。联军最高统帅部制定的代号为“D”的作战计划保守失算，该计划重点是防御德军向比利时实施主要突击，把比利时作为双方厮杀的主战场。根据“D计划”，联军把主力部署在法比边界北端和法国北部各省，如果德军向比利时实施主要突击，则五国联军协同作战挡住德军进攻；其他部队的大部分部署在南部的马奇诺防线上，如德军向马奇诺防线实施正面进攻，则依托坚固的工事进行抵御；而在中段则自持有阿登山区天险和马斯河，只留了战斗力较弱的部队驻守。
战役进程
1940年5月10日，天刚破晓，成群的德军施图卡轰炸机突然对法国、荷兰、比利时和卢森堡的机场、铁路枢纽、重兵集结地区和城市进行猛烈的轰炸。5时30分，在北海到马奇诺防线之间的300多公里的战线上，德军地面部队向荷兰、比利时和卢森堡发起了大规模进攻，揭开了入侵法国的序幕。
担任助攻和吸引英法军队主力的德军B集团军群，首先以空降部队对荷兰和比利时境内的重要桥梁及要塞设施实施了袭击。这突如其来的打击立即造成了荷、比军队的慌乱，紧接着，B集团军群的装甲部队趁乱发起了猛攻。由于伞兵部队已经占领了各要道，B集团军群的进展颇为顺利。
德军B集团军群对荷兰和比利时边境的突破，致使集结在法国北部的英法主力立即越过法比边境火速增援。此刻，希特勒正在地下指挥所里焦躁不安地等着前线的消息，当他听说英法主力已经出动时，“高兴得都要哭了”。他兴奋地对周围人说到：“他们正好掉入我们的陷阱！我就是要他们相信，我们仍在执行原定那个‘黄色方案’，仍尊奉施里芬的主张。他们上当了，等着瞧吧，好戏还在后面。”
包克的B集团军群吸引了英法主力时，勒布的C集团军群也摆开架势。他们正在对马奇诺防线进行的佯攻表演得非常成功，使得法国从南部撤回部队时犹豫不决。
5月10日凌晨，德军担任中路主攻的伦斯德A集团军群向卢森堡和比利时的阿登山区实施主要突击。仅30万人口的小国卢森堡当天不战而降。给伦斯德上将打头阵的是克莱斯特将军指挥的装甲兵团，该兵团下辖古德里安的第19装甲军、霍特的15装甲军和莱因哈特的第41装甲军。其中以古德里安的第19装甲军战斗力最强，它作为克莱斯特装甲兵团的主力和先锋部队编有3个装甲师。而第15和第41装甲军仅各辖2个装甲师。
古德里安的第19装甲军轻易突破比军的松散抵抗，只用了两天时间便穿越阿登山脉110公里长的峡谷深入法境。5月12日下午，古德里安的3个装甲师已经到达马斯河北岸，并攻下了法国著名要塞城市——色当。当天夜里他们便开始了紧张的渡河准备。“德国人强渡马斯河是法国之战的关键。在以后5个星期中还有其它同样大胆的行动，但是没有那一次能对事态发展产生过这样惊人的影响。”为此，古德里安把他的3个装甲师全部投入进去了。
5月13日上午11时，德军出动近400架轰炸机分批次对马斯河南岸的法军阵地和炮兵群进行了长达5个小时的狂轰滥炸，并使法军的精神发生了瘫痪现象。下午4时，德军分乘数百艘橡皮艇，开始强渡马斯河。下午5时30分，德军终于在马斯河南岸上获得了一个立足点，接着德军工兵立即开始架设浮桥。到了下午8时，古德里安属下的第1装甲师已经穿透法军阵地，突入相当纵深。第2装甲师和第10装甲师也在午夜全部渡过了马斯河。同一天，霍特的15装甲军属下的隆美尔第7装甲师也在西面40英里远的南特附近渡过了马斯河。
马斯河防线一失，通往巴黎和英吉利海峡的道路敞开了，在比利时境内作战的英法部队面临被包抄的危险，陈兵马奇诺防线的法国大军也将腹背受敌，英法这才感到形势严重。英国迅速增派10个战斗机中队与驻法英空军和法国空军一起实施反击。14日下午，马斯河上空爆发了开战以来最激烈的空战，英军“布雷汉姆”轰炸机和法军最新式的“布雷盖”轰炸机在战斗机的掩护下，直扑马斯河而来，德军约5个联队的战斗机升空拦截，双方投入的飞机各有500余架。从中午到天黑，登陆场上枪炮声连绵不绝，双方战斗机上下翻飞，相互追逐，不时有飞机中弹起火，拖着黑烟下坠，英法飞机胡乱投下的炸弹在河面上炸起一道道冲天的水柱。德军高射炮也不甘示弱，不断以猛烈火力射杀低空潜入的英法飞机。密集的地空火力网令英法飞机成了扑火飞蛾，一批批闯来，又一批批被吞噬。大混战一直持续到夜幕降临，损失惨重的英法飞机悻悻败走，德军渡河浮桥大都完好无损。此战德军击落英法飞机数百架，其中仅德第二高炮团就包办了112架。英军派出的飞机损失了60%。《英国皇家空军史》称：“再没有比这种自杀性的战斗造成的损失更令人痛心的了。”这一天被德国人称为“战斗机日”。在这以后，英法空军只敢在夜间升空活动，战区制空权被德国人牢牢控制住了。
德军装甲集群长驱直入，其威力与速度是战争史上闻所未闻的。法国陷入惊慌失措之中。5月15日清晨，法国总理雷诺沮丧地给5天前才接替张伯伦担任英国首相的丘吉尔打电话说：“这一仗我们恐怕要打输了。”丘吉尔惊得目瞪口呆：“我简直不明白，运用大量快速装甲部队进行袭击会引起这样剧烈的变革。”为进一步探明战局真情和给已经感到绝望的法国领导人打气，5月16日，丘吉尔从伦敦急飞巴黎。据丘吉尔回忆，“差不多他一见到法总理雷诺和英法联军总司令甘末林，他就立即意识到：局势比他想到的还要糟得多——他们每个人脸上都是灰溜溜的。”丘吉尔问甘末林“战略预备队在哪里？”甘末林摇摇头，耸耸肩，说：“没有战略预备队。”丘吉尔听后，“简直傻了眼”。
古德里安的第19装甲军的推进速度不但令联军措手不及，而且也令德军统帅部不安，克莱斯特曾两度下令古德里安暂停前进，但他不惜以辞职抗争。禁令解除后，他的速度比以前还快，以至于在路上遇到一股股溃散的法军士兵，都不愿耽搁时间下车去俘虏，仅用扩音器喊：“我们没有时间俘虏你们，你们要放下武器，离开道路，免得挡路。”5月16日，古德里安督促手下的3个装甲师向西转进，目标是直抵英吉利海峡东岸的敦刻尔克地区。5月20日，古德里安扫过亚眠，在阿贝维尔附近抵达英吉利海峡。这时的德军统帅部也没有料想到，在法国境内的战斗会进行得如此顺利，因此，一时不知怎样部署兵力才好。等到次日，他们才给坦克部队下令：由阿贝维尔向北推进，以占领海峡诸港为目标。
古德里安一接到命令，便立即决定：第10坦克师向敦刻尔克前进；第1坦克师向加来前进；第2坦克师向布洛涅前进。古德里安深知，他所在的A集团军群构成的从色当到法国西海岸的进攻线，已经切断了法军从北部南逃的退路。而北面包克的B集团军群已攻占了荷兰及比利时东部，70万余英法联军主力的左翼实际上已处在德军的深远包围之中。眼下对方得以逃脱的唯一希望就在包括敦刻尔克在内的法国北部的几个海港了。因此，他一定要迅速占领这几个海港，以彻底切断对方的海上退路。
5月23日上午至24日，古德里安的装甲部队先后占领了布洛涅和加来。24日下午，古德里安的第19装甲军已到达格拉夫林，离敦克尔克还有10英里了，而在其右翼的莱因哈特的第41装甲军，也已到达艾尔—圣奥梅尔—格拉夫林运河一线。两支装甲劲旅只须再努把力，就可直取敦刻尔克，而后继的几十个步兵师也正源源不断地跟进。古德里安等人踌躇满志，决心率领他们的装甲部队再打一个围歼战，将英法军队的数十万人马彻底消灭在滨海地区。
然而就在这时，第19装甲军和第41装甲军同时接到了装甲兵团司令克莱斯特发来的命令，要他们停止前进，并称“敦克尔克之敌将全部留给戈林元帅的空军去解决”。古德里安接到命令后，立即向克莱斯特提出了质问和抗议，但得到的最后答复是：“这是元首亲自下达的命令，必须执行。”于是，古德里安和莱因哈特只得遵命停在运河一线按兵不动，而眼睁睁地看着英法比联军从敦刻尔克上船逃走。联军利用这一转瞬即逝的喘息机会，得以实施从海上撤退的“发电机计划”，从5月26日到6月4日，从敦刻尔克先后撤出32.4万人，其中法军8.5万人，成为日后反攻欧洲大陆的主力。对于希特勒这一让人费解的命令，至今仍然众说纷纭，成了一个难解之迷。一种说法认为，是希特勒故意放英国人一马，因为希特勒对英国人情有独钟，他曾说过：“他们那些人是有价值的人种，是我要与之媾和的人。”他这次放走英国人，是想给英国人一情面，为日后和谈留一条退路。另一种说法是希特勒对自己的装甲部队异常迅速地挺进感到不安，怕他心爱的装甲部队陷入敌军南北合围。但不管怎么说，希特勒在此是犯了一个致命的错误，它影响到日后对英国的入侵，并且使英国人以后在非洲和意大利能继续作战。
德军在比利时和法国北部实施的毁灭性突击，使比利时全军覆没，法军30个师，英军9个师也不复存在。法军新任司令魏刚拼凑了49个师加上英国的2个师，编成了3个集团军（第6、第7、第10集团军）在索姆河和埃纳河一线构成了东西大约300英里的“魏刚防线”，以17个师守马奇诺防线。两条防线连在一起，企图阻止德军南下。
德军在占领荷兰、比利时、卢森堡和法国北部后，德军统帅部制定了代号为“红色方案”的法兰西战役第二阶段作战计划。这一方案要求德军挥师南下，彻底击败法国。现在德军兵力达137个师之多，其A、B两个集团军群迅速改组完毕。包克的B集团军群（辖6个装甲师）为右翼，向索姆河正面实施突破；伦斯德A集团军群（辖4个装甲师）为左翼，向埃纳河作正面突击。
6月3日，德国空军向法国机场和后方实施了猛烈轰击。6月5日拂晓，包克的B集团军群率先在右翼发起全线进攻，当天，隆美尔的第7装甲师抢先渡过索姆河。6月7日，隆美尔师将防守阿布维尔——亚眠一线的法国第10集团军拦腰斩断，其他德军各师得以从这个缺口向前拥入。6月8日，隆美尔师进抵塞纳河畔。6月10日，隆美尔又转身北向，一口气冲了50英里远，以海岸线为目标。当晚就到达目的地，切断了正向海岸撤退的法军第9军和英军第51师的退路。这些部队于6月12日被迫向隆美尔投降。
在B集团军群发起进攻后，左翼的伦斯德A集团军群也于6月9日在埃纳河发起渡河攻势，当晚，古德里安装甲兵团的第1装甲师强渡埃纳河，6月10日，古德里安兵团击败法军装甲部队，突破了法第6集团军的右翼，此后，古德里安挥军南下，一路长趋直入似入无人之境。成群结队的法军俘虏丧魂落魄地把枪支扔给德军，放在坦克下面压毁。魏刚后来心情沉重地写道，使他“最感触目惊心的，就是德军的坦克和飞机，已使法军士兵产生了恐惧的心理现象。这要算是德军的一个最大的成功”。6月17日，古德里安装甲兵团进抵瑞士边境城镇潘塔里尔，切断了马奇诺防线内法军逃往瑞士的退路。自强渡埃纳河以来，古德里安装甲兵团在10天中长驱400多公里，俘虏法军25万之多，创造了战争史上的奇观。
6月10日，法国政府撤出巴黎，迁往图尔。同日，意大利趁火打劫，向法国宣战。13日，巴黎被宣布为不设防城市。14日，法国政府再迁往波尔多时，德军不费一枪一弹占领了巴黎。就在德军占领巴黎的当天，德军A集团军群的左翼已进至到马奇诺防线的侧背，“因为这条无用的防线，毕竟还存在着数十万没有投降或被消灭的法国军队”。希特勒要求伦斯德与C集团军群合作，彻底消灭那里的法国部队。根据希特勒下达的15号作战指令，一直在马奇诺防线当面执行吸引法军注意力任务的C集团军群，立即选择马奇诺防线守军的薄弱处，即阿尔萨斯和格林两筑垒地域的接合部发起进攻。A、C两集团军群前后夹击，马奇诺防线很快被突破。6月17日，C集团军进至马恩—莱茵运河上，A集团军群占领了凡尔登，法军50万被包围在阿尔萨斯和格林南部，除少数逃往瑞士外其余全部被歼。18日，法国政府宣布停止抵抗。
至此，希特勒灭亡法国的“挥镰行动”胜利结束了。从5月10日至6月17日，号称欧洲军事强国的法国，就这样在5周时间内被打败了。曼施坦因的构想经过古德里安和隆美尔等人的行动后，最终变成了一个堪称世界军事史上的杰作。6月22日，为羞辱法国，报第一次世界大战中德国战败的一箭之仇，希特勒在贡比涅森林的火车车厢里，坐在1918年法德签署停战协定时法方代表福煦元帅坐过的那把椅子上，接受了法国的投降。7月1日，贝当政府从波尔多迁至维希城。贝当这位第一次世界大战时的老英雄，从此充当起德国的傀儡。法国实际上灭亡了。
战役影响
6月14日德军进入巴黎后，法国政府旋即垮台并且分裂，主要是继续留在法国本土由菲利普·贝当元帅所组成的和平派政府，和在英国由夏尔·戴高乐所建立的流亡政府，当时全世界除了英国几乎没有其他国家支持戴高乐。
6月21日，贝当的维希法国政府向德国提出休战并且宣布投降。此役盟军共伤亡350000人，1900000人被俘。德意联军共伤亡155000人，其中阵亡45000人，受伤110000人。