盡管盟軍的空降存在不少問題，但仍取得了很大成功，說明艾森豪威爾的觀點是正確的。盟軍的空降，在登陸的最初時間裏奪取了至關重要的交通樞紐、橋梁、海灘通路，摧毀了德軍的炮兵陣地，破壞了德軍防禦的穩定性，牽製了德軍的預備隊，使德軍處於被動局麵。為登陸的勝利創造了條件。
寶劍海灘(Sword Beach)緊鄰奧恩河口(Orne)的兀斯特罕港(Ouistreham)，是「大君主作戰」(Operation Overlord) 五個搶灘地中，最東邊的一個海灘，而法國北部的航運中心康城(Caen)，便位於海灘南邊9英裏處。從寶劍灘東邊登陸的英軍部隊在搶灘後，很快地便擊潰德軍輕裝步兵的火力，並於午後與先前空降內陸的傘兵部隊會合。但從寶劍灘西邊登陸的英軍，則遭到德軍第21師坦克部隊的頑強抵抗，無法順利與從朱諾海灘(Juno Beach)登陸的加拿大部隊會師。雙方一直激戰至黃昏後，盟軍才成功擊退德軍的裝甲部隊。當天登陸的29，000名英軍中，傷亡人數僅有630人。
以庫賽葉栩美(Courseulles-sur-Mer)港為中心向兩側伸展的朱諾海灘(Juno Beach)登陸區，寬約6英裏，德軍的輕裝步兵便部署於海灘沙丘後方的村落中，這樣的地形優勢對必須穿越沙丘進攻的盟軍部隊而言，是極大的威脅。登陸作戰一開始便極為慘烈，有三分之一的盟軍登陸艇慘遭德軍的水雷和障礙物摧毀。加拿大的攻擊部隊雖然很輕易地越過沙灘，卻在沙丘前遭到德軍火力無情的攻擊，使得首波進攻部隊的傷亡率高達50%。接近中午時分，加拿大部隊才占領了沿岸的城鎮，向內陸挺進，並與來自黃金海灘的英軍會師。參與裘諾登陸戰的官兵共21，400名，傷亡人數則為1，200人。
黃金海灘(Gold Beach)是整個登陸行動的中心點，登陸的時間則比猶他和奧馬哈海灘的登陸行動晚了一個小時。由於漲潮和海相不佳的緣故，盟軍無法徹底清除海域中布雷和障礙物，這也使得想迅速搶上灘頭的英軍陷入苦戰。德軍在濱海小城利維拉(La Riviere)和阿梅爾(Le Hamel)部署重兵防守，還在離海岸500公尺的內陸設置了四門155毫米的重炮，直接瞄準海岸。英軍在皇家海軍艾傑克斯號(HMS Ajax)的強力炮火轟擊下，終於摧毀這四門重炮，壓製了德軍的防衛火力。在入夜之前，已有25，000名盟軍順利登陸，並迫使防守的納粹部隊往內陸撤退6英裏。英軍僅有400名官兵傷亡。
奧馬哈海灘(Omaha Beach)是諾曼底登陸戰役中戰鬥最為激烈的海灘。盟軍在奧馬哈灘頭遭受了巨大的損失，僅陣亡者就達2500人，因此又稱“血腥奧馬哈”。電影《拯救大兵瑞恩》中開始那一段經典的戰爭場麵就取材自奧馬哈海灘。
奧馬哈海灘全長6.4公裏，海岸多為30幾米高的峭壁，地形易守難攻。這裏的登陸作戰任務由美軍第九軍承擔。盟軍由於情報有誤，認為這裏的德軍守備部隊隻有一個團的兵力，還多是後備役人員，沒有裝甲車輛，戰鬥力很差。而實際上隆美爾在3月將德軍精銳的352步兵師全部調往諾曼底，而352師的一個主力團就駐守在奧馬哈灘頭。可惜直到登陸部隊出發後盟軍情報機關才找到352師的下落。
登陸當天天氣狀況極端惡劣，盟軍在登陸前就因風浪過大損失了10艘登陸艇和300餘名官兵。在登陸艇上的官兵多為暈船和濕冷所苦，還沒到達作戰地點就基本精疲力盡了。登陸作戰開始後也非常不順，海灘西段預備的32輛水陸坦克中有27輛剛一下海就因風浪過大而沉沒，幸存的5輛坦克中還有2輛很快被德軍炮火炸毀。由於潮汐影響和秩序混亂，登陸的美軍士兵很多都搞不清方向和集合點，大批士兵擠在灘頭任憑德軍炮火攻擊。整整兩個小時的時間裏美軍沒有一名士兵在西段衝上海灘，在東段也僅僅占領了9米寬的一段海灘，登陸行動幾乎完全失敗。
然而美國海軍為奧馬哈海灘帶來了轉機。由於海灘登陸部隊長時間沒有任何聯絡傳來，海軍指揮官意識到奧馬哈海灘上的形勢可能已經極為嚴峻，於是17艘驅逐艦不顧觸雷、擱淺和被155mm海岸炮炸翻的危險，前進至距海灘僅730米處，在近距離為登陸美軍進行火力支援。而美軍的敢死隊此時也爬上了霍克海角，結果發現所謂155mm海岸炮居然是電線杆偽裝的。沒了後顧之憂的海軍肆無忌憚地向德軍據點傾瀉炮彈，先前被堵在海灘上的美軍也在精銳部隊第一師的帶領下開始衝鋒。中午時分登陸部隊第二梯隊提前登陸。而在空軍的指引下，美國海軍的戰列艦和巡洋艦也開始對岸射擊，德軍的防禦至此基本崩潰。
天黑時美軍正式登陸成功，第五軍軍部上岸並開設了指揮所。軍長羅傑少將上陸後立刻發電報給布萊德利：“感謝上帝締造了美國海軍。”
猶他海灘(Utah Beach)位於卡倫坦(Carentan)灣的西側，是一處寬約3英裏、被覆著低矮沙丘的沙灘。盟軍實際登陸的地點，雖然比預定地往東偏了一英裏，不過還好德軍在登陸點部署的兵力並不多。攻擊行動展開後，僅僅三小時內，盟軍部隊就跨越了灘頭，掌控了沿海的公路；當天中午之前，登陸部隊便與五小時前空降於敵後的空降部隊碰頭；而到了當天午夜，盟軍不但已成功達成此次登陸預訂的作戰目標，更向內陸推進了四英裏。在所有登陸作戰中，猶他灘登陸是傷亡人數最少的一場戰役，23，000名官兵中，僅有197名傷亡人員。
德軍在D-DAY組織反擊隻有第21裝甲師，可是師長不在指揮崗位，參謀長無權調動集結部隊，他隻好將手上僅有的24輛四號坦克派去攻擊卡昂以東的英軍。因為倉促出動，準備不足，加上沒有步兵伴隨支持，被英軍輕而易舉擊退。當天下午，師長費希丁格趕回師部，集結所屬部隊向朱諾海灘和劍海灘之間的盧克鎮發動攻擊，當時盟軍在這兩海灘之間尚有數千米的空隙，德軍的這一反擊正打在盟軍的要害，將會給盟軍帶來不小困難。正當第21裝甲師在行進間，盟軍的500架運輸機正從頭頂飛過，為英軍第6空降師運送後續部隊和補給，而費希丁格誤認為盟軍空降傘兵正是要前後夾擊己部，驚慌失措不戰自亂，放棄反擊匆忙後撤。除此之外德軍在D日就再沒什麼反擊了。
6月6日，也就是被隆美爾預言為決定性的二十四小時，被艾森豪威爾稱作曆史上最長的一天，就這樣平靜地度過了。
6月7日，希特勒將西線裝甲集群的5個裝甲師的指揮權交給隆美爾，隆美爾決心憑借這支精銳部隊大舉反擊，但麵對嚴峻局勢，他不得不把反擊的第一個目標定為先阻止盟軍將五個登陸灘頭連成完整的大登陸場，其次再確保卡昂和瑟堡。可惜這支裝甲部隊從100～200公裏外趕來，一路上在盟軍猛烈空襲下，根本無法成建製投入作戰，即使零星部隊到達海灘，也在盟軍軍艦炮火的轟擊下傷亡慘重，再沒了往日的威風。就這樣6月7日整個白天在盟軍海空軍絕對優勢火力下，德軍無力發動決定性的大規模反擊。
在盟軍登陸後，在七天裏共登陸士兵32.6萬，物資10.4萬噸，並繼續向歐洲大陸運送更多的人員、物資、裝備和補給，盟軍成功建立灘頭堡，並在8月25日，解放巴黎，宣告結束諾曼底戰役。
諾曼底登陸戰役是世界曆史上規模最大的兩棲登陸戰役，是戰略性的戰役，為開辟歐洲的第二戰場奠定了基礎，意味著納粹德國陷入兩麵作戰 ，減輕了蘇軍的壓力，協同蘇軍有力的攻克柏林，迫使法西斯德國提前無條件投降。美軍從而把主力投入太平洋對日全力作戰，加快了第二次世界大戰的結束。