在1943年11月开始的德黑兰会议上，美国和英国再次明确表示1944年开辟欧洲第二战场的决心、苏联则希望尽快确定此次作战的盟军最高司令人选。艾森豪威尔在会后被任命为指挥"霸王"行动的盟军最高司令。

　　1944年1月中旬，艾森豪威尔抵达伦敦，组建盟国远征军最高司令部。经美英联合参谋长会议同意，艾森豪威尔任命特德为副司令，史密斯为参谋长，布莱德雷为美国地面部队司令，蒙哥马利为英国地面部队司令，拉姆齐为海军司令，利马洛里为空军司令。按照艾森豪威尔设计的体制，上述军种司令担负着双重角色：一方面，军种司令是最高司令部成员，参与最高司令部制订计划的工作；另方面，军种司令是整个军事行动中指挥具体作战的司令，拥有各自的司令部。为了获得诺曼底地区的制空权，艾森豪威尔将在英国的战术与战略空军完全置于其控制之下。
　　他把首批登陆部队由三个师增加到五个师，其它细节交由蒙哥马利和布莱德雷去负责处理，自己则去关心他认为更为重要的问题。艾森豪威尔意识到，制空权的问题是至关重要的，也是最困难的问题。他要求英国的空军应在他的控制之下进行诺曼底之战。这个决定遭到英国战略空军司令哈里斯的反对，这使一贯处事谨慎，态度和蔼的艾森豪威尔大动肝火，他于3月23日宣布：“如果这个问题不能获得满意的解决，我将呈请辞职。”英国的参谋总长不得不同意把战略空军交由艾森豪威尔指挥。美国空军和其他有关国家的空军也都作了同样的安排。接着，他与法国人又达成了忍受损失的协议。这样，制空权的问题就被艾森豪威尔解决了。
　　早在1943年3月，盟军就在伦敦成立联合参谋机构，研究和拟制欧陆作战计划。艾森豪威尔在原有计划的基础上主持制订的"霸王"作战纲要包括：在诺曼底海岸登陆并突破敌军的防御阵地；用两个集团军群实施宽大正面追击，重点是在左翼取得必需的港口，进逼德国边境并威胁鲁尔，右翼要同从南面进攻法国的兵力相连接；取得比利时、布列塔尼以及地中海的港口，以便沿着德国占领区的西界建立新的基地；按照两翼包围鲁尔的方式发动最后进攻，重点再次放在左翼，随后朝着当时决定的特定方向直接突入德国；攻击发起日定为1944年6月5日。与此同时，集中于英国的盟军加紧进行以两栖登陆作战为重点的协同作战演练，相当数量的登陆艇、特种坦克等逐步装备部队；空军频繁出动，以重创德国空军，掌握制空权，孤立突击地带；情报部门通过"超级"和"魔术"破译机构获取德军情报，气象部门则密切注视气候变化；开始制造人工港和防波堤，敷设通过海峡的输油管道，采取军事欺骗措施，使德国最高统帅部判断失误。"霸王"行动实施前夕，盟军在英国共集中兵力38个师(287万)，坦克5000余辆，舰艇9000余艘，飞机13000余架。
　　处于防御地位的伦德施泰特的德军西线部队(辖隆美尔的B集团军群和布拉斯科维茨的G集团军群)共59个师；施佩勒的空军第3航空队和克兰克指挥的西线海军集群，力量明显薄弱。令人费解的是，伦德施泰特和隆美尔颇受限制：无权向施佩勒或克兰克下达命令；未经最高统帅部批准，无权调动任何装甲师；战斗行动地域及防守沿海地区的所有陆军部队管辖的范围，纵深不得超过20英里。此外，伦德施泰特、隆美尔和最高统帅部之间在防御计划方面亦有较大分歧。
　　6月4日，在盟军作战会议上，艾森豪威尔根据气候形势的变化，果断地决定将攻击发起日改为6月6日。
　　1944年6月6日凌晨．"霸王"作战开始实施。联军的伞兵和空运部队首先开始在诺曼底着陆，接着是海空军进行炮击轰炸，6时30分，4000多艘战舰载运的五个师12万人在海空军的火力掩护和特种坦克的引导下向诺曼底海滩发起冲击，到深夜就取得了初战胜利，登陆成功。
　　滩头争夺战时期，盟军(蒙哥马利的第21集团军群，辖美国第1集团军和英国第2集团军)主要通过激战来巩固和扩大登陆场。7月，盟军在攻占瑟堡和冈城之后，登陆场扩大为正面宽100公里、纵深过50公里的地带。7月25日至30日，美军的"眼镜蛇"战役实现了对德军防线的突破。8月1日，布莱德雷指挥的第12集团军群(辖美国第1集团军和第3集团军)组成，随后，美军横扫布列塔尼。盟军挫败莫尔坦反攻后，发现可在法莱斯形成对德军的包围圈。艾森豪威尔命令实施围歼德军的作战。自8月8日起，盟军通过机动兵力从北、西、南对法莱斯形成包围态势。至20日，德军被俘5万，死亡l万。诺曼底战役至此结束，德军损失约40万人，盟军损失约21万人。8月25日，盟军解放巴黎  。