按照原定计划，盟国空军部队在夜幕的掩护下首先行动，2395架运输机和847架滑翔机从英国的3个机场起飞，载着3个伞兵师在诺曼底着陆。由于6月5日狂风大作，英吉利海峡风大浪急，德国将领们都认为盟军不会在这时登陆，隆美尔元帅甚至请假返回国内为妻子过生日，临走时交待：“部队长期处在紧张的戒备状态，目前气候恶劣，可以休整一下。”因此，盟国大军自天而降，突然出现在诺曼底“大西洋壁垒”的后面，使敌军猝不及防，顿时乱作一团。黎明时分，美英空军部队先后出动飞机3000架次，对德军海岸防线进行狂轰滥炸，倾泻了近万吨炸弹。同时，盟国海军舰炮也猛轰沿海敌人阵地。霎时间，山摇地动，火光冲天，直炸得敌人鬼哭狼嚎，龟缩在防御工事里不敢出头。稍后，进攻部队由登陆艇运载，直逼海滩。
6：30分，美第八十二、第一○一空降师和英第六空降师第一梯队共1．7万人，乘1200架运输机分别在科唐坦半岛南端和奥恩河口附近伞降着陆，任务是夺取海滩堤道和主要桥梁，占领主要登陆地段翼侧要点，阻止德军增援和保障登陆部队突击上陆。空降兵后续梯队使用滑翔机机降。伞降按计划完成，机降损失较大。5日午夜至6日5时，由2500架重型和中型轰炸机实施航空火力准备，投弹约1万吨，轰炸登陆地域及其附近地区。登陆舰艇抢滩前，由大量战斗机和战斗轰炸机对德军防御阵地进行轰炸和扫射。5：30分，100余艘火力支援舰对80公里登陆正面实施舰炮火力准备，随即转入火力支援，取得良好效果。在登陆后的纵深战斗中，舰炮继续实施有效的火力支援。
1944年6月6日凌晨，盟军伞兵部队首先发动攻击。盟军空降兵搭乘239架运输机与867架滑翔机实施登陆。
6月6日凌晨1：15分，是世人永难忘怀的“登陆日”。就在那一刻，在法国的瑟堡半岛，120名美军先导官兵在月色中跳下座机。5分钟后，在西面80公里开外，首批英军空降兵也跳出了座机。3：14分，2219架轰炸机首先对德军海岸工事和滩头障碍物发起猛烈轰炸，一共投下7616吨炸弹。5：50分，海军重炮也开始轰击德军固定炮台和混凝土防御工事。6：30分，第一波突击部队搭乘4266艘舰艇（大到战列舰，小到登陆艇），在海军炮火和10个战斗机中队的掩护下接近5个目标海滩，部队先放下水陆两栖坦克由他们领先向滩头挺进。8：30分，第一梯队先头团突破德军防线，向内陆发展，9：30分，初步建立起团登陆场。10时，已首先登陆的约两个团的兵力，基本肃清德军在这一地区的守军第七○九师，加上空降部队已夺取了4条通路，保证了登陆部队迅速推进。至日落时，第四师的3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。当日全天，第四师阵亡仅197人，为预计伤亡的10％，损失极小，是盟军5个滩头中最顺利、损失最小的。
在登陆过程中，奥马哈滩的争夺最为激烈，有“血腥的奥马哈”之称。正因为如此，1994年，纪念诺曼底登陆50周年的会址就设在奥马哈海滩上。
奥马哈位于犹他海滩的东面，科汤坦半岛南端维尔河口到贝辛港之间长6.4公里的海滩，海岸是30多米高的悬崖陡坡，有4个被海水冲刷出的深谷，成为通向内陆的天然出口，海滩上高低潮之间的落差约为270米，海滩是硬质沙地，上面筑有高耸的鹅卵石堤岸，后面是沙丘，草地，树林，惟一通向内陆的道路沿途有3个小村子，村舍都是用厚石砌成，四周是一片田野，田间土埂上长满了小树，这就是诺曼底地区特有的树篱地形，易守难攻。德军充分利用有利的自然地形构筑防御工事，在低潮线到高潮线之间设置了3道障碍物，还混杂有大量水雷，在卵石堤岸上筑有混凝土堡垒，在堡垒前有蛇腹形铁丝网和地雷，4个出口都用地雷和钢筋水泥障碍物封死。海岸上有16个坚固支撑点，配有机枪和反坦克炮，悬崖上还构筑暗堡，内有威力极强的88毫米火炮，炮火杀伤范围可以覆盖整个海滩，在霍克角悬崖上还有6门155毫米的海岸炮，对海上军舰的活动构成极大威胁。
盟军之所以选择这里登陆，是因为从维尔河口到阿罗门奇之间正处在美军犹他海滩和英军海滩当中，位置非常重要，而这段32公里长的海岸只有这一段还勉强可以登陆，其余地段都是悬崖绝壁根本无法登陆。此外盟军认为这里的守军是第七一六海防师的1个团，既无装甲部队，又无机动车辆，士兵又多是后备役，战斗力很差。实际上，3月中旬，隆美尔为加强诺曼底地区的防御力量，从圣洛调来精锐的野战部队第三五二步兵师，该师的1个主力团就部署在奥马哈，而盟军情报机关直到登陆部队出发后，才查明第三五二师的去向，但为时已晚。
在奥马哈登陆的是美军第五军第一师和第二十九师的各1个团。由霍尔海军少将指挥的O编队负责运送。6月6日3时，到达换乘区，当时海面上风力5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，士兵们已经筋疲力尽。
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5：50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40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。6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。在东段的指挥员见风浪太大，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，直到6：45分，水陆坦克和装甲车辆才驶上海滩，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2条通路，在西段开辟出4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7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。2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。此时美军第一集团军司令布莱德雷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，让美军第五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艘驱逐舰充分发挥主动精神不顾搁浅、触雷和遭炮击的危险，驶到距海滩仅730米处，进行近距离火力支援。海滩上有150名别动队员艰难地爬上了霍克角，发现所谓的155毫米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。在滩头上的美军指挥官也努力激励部下，如第二十九师副师长科塔准将在弹片横飞的海滩上大声说：“留在海滩只有两种人，一种是已经死的人，另一种是即将要死的人。来啊！跟我冲！”第一师十六团团长泰勒上校也鼓励士兵：“待在这儿只有死，要死也要冲出海滩！”在他们的带领下，海滩上的美军尽管伤亡惨重，但毕竟是久经战阵的王牌之师，尤其是第一师，自第一次世界大战起就立下赫赫战功，在美军中有“大红一师”的美誉，组织残余部队前仆后继，连续爆破炸开封死的出口，终于冲过堤岸。布莱德雷闻讯后，感慨地说：“幸亏第一师在那儿！”
6月6日上午10时许，隆美尔才从他的参谋长斯派达尔的电话里获知盟军登陆的消息。他急忙驱车赶回法国。还在途中，他就电令斯派达尔：“立即将第二十一装甲师投入反攻，不要等什么进一步增援，马上进攻！”6月6日夜间10点，隆美尔终于赶回了他的司令部，而在登陆战线上的第七集团军和第二十一装甲师，正拼命阻止猛扑前来的攻击，现在每一件事只有靠装甲师了。他立即命狄特里希指挥第二十一装甲师和第SS12党卫装甲师于7日清晨发动反攻，可是第二十一装甲师经开战以来的苦斗仅剩下70辆坦克，而第SS12党卫装甲师从120公里外的驻地冒着盟军飞机的猛烈轰炸，7日9时才赶到战地，沿途损失惨重，急需整顿。狄特里希不得不一再推迟反攻。此时，李尔装甲教导师在盟军飞机的猛烈轰炸下进展缓慢，还在赶往战地的途中。6月8日，李尔装甲教导师终于赶到，但沿途已损失了90辆坦克。隆美尔命狄特里希将第二十一装甲师、第SS12党卫装甲师和李尔装甲教导师3个装甲师全用上，企图将盟军赶下海去，但盟军有强大的空中和海上舰炮的火力支援，狄特里希的反击被打退了。
6月9日，希特勒在伦德施泰特的极力要求下，同意从驻加莱的第十五集团军抽调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。伦德施泰特闻讯后仰天长叹：“这场战争输定了！”
四、霸王登陆欧洲战场终易帜
6月10日，隆美尔和西线装甲集群司令施韦彭格上将一致决定集中在诺曼底的所有装甲部队，在第二空降军的配合下，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，美第五军推进到科蒙—塞里亚—伊济尼一线，其先头部队正越过维尔河口，努力打通与美第七军的联系。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，美军第五军已同第七军建立起了联系。
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。在英军地段的“桑树B”人工港，物资卸载量从最初的日平均600吨，后来达到日平均1500吨。
至6月12日，蒙哥马利指挥的第二十一集团军群（含美军第一集团军与英军第二集团军）已在岸上站住了脚，在正面80公里、纵深13—19公里的区域内建立了一个连成一片的巩固登陆场所，面对着德军第七集团军。这时德军第十五集团军在加莱附近。