В 1944 году, когда уже было ясно, что война вскоре придет к победному концу, было принято решение об участии союзных войск в боевых действиях в Европе. Подготовка к операции началась еще в 1943 году, после знаменитой Тегеранской конференции, на которой Сталин, наконец, сумел найти общий язык с Черчиллем и Рузвельтом.

Англо-американское командование подготовило две десантные операции: главную – на северном побережье Франции, в Нормандии – под названием «Оверлорд» и вспомогательную – на южном побережье в районе Марселя – операция «Энвил». 

6 июня 1944 г. началась операция «Оверлорд» – самая крупная десантная операция Второй мировой войны, в которой участвовало свыше 6 тысяч кораблей, 1, 5 миллиона человек, 10 танковых дивизий и 11 тысяч самолетов, прикрывавших десант с воздуха. Вместе с английскими и американскими войсками в десанте участвовали канадские войска, польские воинские части, подчинявшиеся правительству в Лондоне, и французские воинские части, сформированные Французским Комитетом Национального Освобождения, который накануне высадки провозгласил себя Временным правительством Франции. 

 Высадка должна была осуществляться на северо-востоке Франции, на побережье Нормандии. Войскам союзников следовало захватить штурмом берег, а потом отправиться освобождать сухопутные территории. В военных штабах рассчитывали на то, что операция увенчается успехом, так как Гитлер и его военачальники считали, что в этой местности десанты с моря практически невозможны — слишком сложный рельеф берега и сильное течение. Поэтому район побережья Нормандии был слабо укреплен немецкими войсками, что увеличило шансы на победу.  

12 мая 1944 года союзная авиация провела массированные бомбардировки, в результате которых было уничтожено 90 % заводов, производящих синтетическое горючее. Немецкие механизированные части испытывали острый дефицит топлива, потеряв возможность широкого манёвра.

В ночь на 6 июня союзники под прикрытием массированных ударов авиации высадили парашютный десант: северо-восточнее Кана 6-ю британскую воздушно-десантную дивизию, а севернее Карантана — две американские (82-ю и 101-ю) дивизии.

Британские десантники были первыми из войск союзников, кто ступил на землю Франции в ходе Нормандской операции — после полуночи 6 июня они высадились к северо-востоку от города Кана, захватив мост через реку Орн, чтобы противник не мог перебрасывать по нему подкрепления к побережью.

Американские десантники из 82-й и 101-й дивизий высадились на полуострове Котантен в западной части Нормандии и освободили город Сент-Мер-Эглиз, первый город во Франции, освобождённый союзниками.

Утром были высажены морские десанты. Самое ожесточённое сопротивление было на американском участке «Омаха». По плану до высадки морского десанта проводилась мощная артподготовка и бомбардировка. В секторе «Омаха» утром из-за тумана бомбардировщики и корабельная артиллерия промахнулись, и укрепления «Атлантического Вала» здесь не получили повреждений. На остальных участках высадки, где артподготовка и бомбардировка удались, немецкие укрепления и войска получили значительный урон, и там союзники встретили намного меньше сопротивления, чем на «Омахе». К исходу дня американцы потеряли на «Омахе» около 3000 солдат, в то время как на участке «Юта» было всего 197 убитых, и вскоре морской десант соединился с парашютистами 82-й и 101-й дивизий на полуострове Котантен. На остальных участках высадки союзники успешно выполнили поставленные задачи с минимальными потерями.В первом эшелоне 6 июня на побережье Франции высадились 156 000 американских, английских и канадских солдат и около 10 000 единиц различной техники.[9] К исходу 6 июня союзники захватили 3 плацдарма и высадили с моря 5 пехотных дивизий и 3 бронетанковых бригады.

К исходу 12 июня был создан плацдарм протяжённостью 80 км по фронту и 10—17 км в глубину; на нём находилось 16 дивизий союзников (12 пехотных, 2 воздушно-десантные и 2 танковые). Немецкое командование к этому времени ввело в бой до 12 дивизий (в том числе 3 танковые), ещё 3 дивизии были на подходе. Немецкие войска вводились в бой по частям и несли большие потери (к тому же надо учитывать, что немецкие дивизии по численности были меньше союзных). К концу июня союзники расширили плацдарм до 100 км по фронту и 20—40 км в глубину. На нём было сосредоточено свыше 25 дивизий (в том числе 4 танковые), которым противостояли 23 немецкие дивизии (в том числе 9 танковых). 13 июня 1944 года немцы безуспешно контратаковали в районе города Карантана, союзники отразили атаку, форсировали реку Мердер и продолжили наступление на полуостров Котантен.

К 21 июля войска 1-й американской армии продвинулись в южном направлении на 10—15 км и заняли город Сен-Ло, английские и канадские войска после ожесточённых боёв овладели городом Каном. Командование союзников в это время разрабатывало план по прорыву с плацдарма, так как плацдарм, захваченный в ходе Нормандской операции к 25 июля (до 110 км по фронту и глубиной 30—50 км), был в 2 раза меньше того, который предусматривалось занять по плану операции, однако в условиях абсолютного господства в воздухе оказалось возможным сосредоточить на нём достаточные силы и средства для проведения в последующем крупной наступательной операции в Северо-Западной Франции. К 25 июля численность войск союзников уже составляла более 1 452 000 человек и продолжала непрерывно увеличиваться.

План прорыва в Нормандии — операция «Кобра» — был разработан генералом Брэдли в начале июля и 12 июля представлен вышестоящему командованию. 

Плацдармом для сосредоточения американских войск перед прорывом стали окрестности города Сен-Ло, который был освобождён 23 июля. 25 июля более 1000 американских орудий дивизионной и корпусной артиллерии обрушили на противника более 140 тысяч снарядов. Кроме массированных артиллерийских обстрелов, для прорыва американцы также использовали поддержку ВВС. Немецкие позиции 25 июля подверглись «ковровой» бомбардировке самолётами «B-17 Flying Fortress» и «B-24 Liberator». Передовые позиции немецких войск возле Сен-Ло оказались практически полностью уничтожены бомбардировкой. Образовалась брешь во фронте, и через неё 25 июля американские войска, используя своё превосходство в авиации, совершили прорыв в районе города Авранша (операция «Кобра») на фронте шириной в 7000 ярдов (6400 м). В наступлении на таком узком участке фронта американцы задействовали более 2000 единиц бронетехники и быстро прорвались через образовавшуюся в немецком фронте «стратегическую дыру», наступая из Нормандии на полуостров Бретань и в регион Страна Луары. Здесь наступающим американским войскам уже так не мешали бокажи, как это было севернее, в прибрежных районах Нормандии, и они использовали своё превосходство в мобильности на этой открытой местности.

1 августа была сформирована 12-я группа армий союзников под командованием генерала Омара Брэдли, в её состав вошли 1-я и 3-я американские армии. 3-я американская армия генерала Паттона совершила прорыв и за две недели освободила полуостров Бретань, окружила немецкие гарнизоны в портах Брест, Лориан и Сен-Назер. 3-я армия вышла к реке Луаре, достигнув города Анже, захватила мост через Луару, а затем направилась на восток, где достигла города Аргентана. Здесь немцы не могли остановить продвижение 3-й армии, поэтому они решили организовать контратаку, что также стало для них грубейшей ошибкой.

7 августа немцы попытались отрезать 3-ю армию от остальных частей союзников и перекрыть их линии снабжения, захватив Авранш, предприняли контрудар, известный как операция «Люттих» (нем. Lüttich), который закончился сокрушительным провалом.

Наступление союзников в Нормандии в августе 1944 года вызвало крушение всего германского Западного фронта, и немецкие войска смогли восстановить новую линию фронта только в сентябре 1944 года на западной границе Германии, с помощью «Линии Зигфрида».