加莱和诺曼底各有利弊，加莱的优点是距英国最近，仅33千米，而且靠近德国本土；缺点是德军在此防御力量最强，守军是精锐部队，工事完备坚固，并且附近无大港口，也缺乏内陆交通线，不利于登陆后向纵深发展。诺曼底虽然距离英国较远，但优点一是德军防御较弱，二是地形开阔，可同时展开30个师，三是距法国北部最大港口瑟堡仅80千米。
几经权衡比较，“考萨克”选择了诺曼底，于1941年5月12日起制定具体计划，以“霸王”为作战方案的代号，以“海王”为相关海军行动的代号。初步计划以3个师在卡朗坦至卡昂之间32千米宽的三个滩头登陆，即后来的“奥马哈”、“金”和“朱诺”滩头，同时空降2个旅。
第二梯队为8个师，将在两周内占领瑟堡。整个计划中最大的难题是港口问题，也就是在占领瑟堡前，如何解决部队的后勤补给，要知道诺曼底海滩在五六月间，多为大风大浪的天气，光靠登陆滩头无法保证后勤供应——这似乎成为无法克服的困难。
束手无策中，“考萨克”的海军代表英国海军少将约翰休斯哈莱特想起蒙巴顿在一次会议上的玩笑：既然没有天然港口，就造一个人工港。于是建议制造配件装配成人工港来解决问题。别无良策，他的设想获得批准。5月15日，摩根将“霸王”计划大纲呈交英美联合参谋长委员会通过。英美苏德黑兰会议确定于1941年5月发动“霸王”行动。
美国陆军上将艾森豪威尔被任命为欧洲同盟国远征军最高司令,于1941年5月17日抵达伦敦就任。艾森豪威尔阅读了摩根计划。认为突击正面太窄，在最初攻击中缺乏足够的突击力量，提出修改意见，把登陆正面扩大到80千米，第一梯队由3个师增加到5个师，登陆滩头也从3个增加到5个，空降兵从2个旅增加到3个师，这一意见得到最高司令部三军司令的支持。
艾森豪威尔就在诺福克旅馆召开了远征军最高司令部首次会议，在会议上明确了登陆作战的纲领，使这次会议成为二战中最重要的军事会议。
随后英美联合参谋长委员会批准了“霸王”计划大纲和修改后的作战计划。但是随之对登陆舰艇的需求也增加了。为了确保拥有足够的登陆舰艇，英美联合参谋长委员会决定将登陆日期推迟到6月初。
由于登陆日推迟到6月初，盟军统帅部开始确定具体的日期和时刻，这是一个复杂的协同问题。各军兵种根据自己的需要提出不同要求。陆军要求在**上陆。以减少部队暴露在海滩上的时间。
海军要求在低潮时上陆，以便尽量减少登陆艇遭到障碍物的破坏；空军要求有月光，便于空降部队识别地面目标。最后经认真考虑，科学拟定符合各军种的方案，在**与低潮间登陆，由于五个滩头的潮汐不尽相同，所以规定五个不同的登陆时刻，d日则安排在满月的日子，空降时间为凌晨一时，符合上述条件的登陆日期，在1941年6月中只有两组连续三天的日子，6月5日至7日，6月18日至20日，最后选用第一组的第一天，即6月5日。
诺曼底登陆战役目的是横渡英吉利海峡，在法国北部夺取一个战略性登陆场，为开辟欧洲第二战场最终击败德国创造条件。战役企图是在诺曼底登陆，夺取登陆场，把登陆场扩展到宽100千米，纵深100千米。
计划首先在登陆场右翼空降2个美国伞兵师，切断德军从瑟堡出发的增援，并协同登陆部队夺取“犹他”滩头；在左翼空降1个英国伞兵师，夺取康恩运河的渡河点。
然后首批登陆部队8个加强营在5个滩头登陆，建立登陆场，在巩固和扩大登陆场后，后续部队上岸，右翼先攻占瑟堡，左翼向康恩河至圣罗一线发展，掩护右翼部队的攻击；第二阶段攻占冈城、贝叶、伊济尼、卡朗坦，第三阶段攻占布勒塔尼，向塞纳河推进，直取巴黎。
盟军最高司令一职原拟由经验丰富的英军将领来担任，但丘吉尔知道登陆后美军人数会大大超过英军，所以主动提议由美军将领来担任。罗斯福总统原打算让陆军参谋长马歇尔出任，后来考虑到更需要马歇尔在华盛顿统筹协调，就由马歇尔推荐时任盟军地中海战区司令的艾森豪威尔出任。最高司令部的其他成员有：副司令英国空军元帅特德，参谋长美国陆军中将史密斯，副参谋长英国陆军中将摩根，陆军司令英国陆军上将蒙哥马利，海军司令英国海军上将拉姆齐，空军司令英国空军上将马洛里。
陆军有4个集团军：英国第2集团军，司令为英国陆军中将邓普赛，辖5个军13个师，在左翼的“金”和“剑”滩头登陆。加拿大第1集团军，司令为英国陆军中将邓肯格雷尼姆，辖1个军3个师，在“朱诺”滩头登陆，以上两个集团军作为左翼向卡昂进攻。
美国第1集团军，司令为美国陆军中将布莱德利，辖5个军14个师，在“奥马哈”和“犹他”滩头登陆，作为右翼向圣洛、卡朗坦进攻，这是主攻方向。该三个集团军组成第21集团军群，由英国陆军上将蒙哥马利任司令，这是登陆第一梯队部队。
美国第3集团军由美国陆军中将巴顿任司令，辖4个军9个师，直属最高司令部指挥，作为第二梯队，将从美第1集团军开辟的道路投入战斗，冲出科汤坦半岛，穿越布列塔尼半岛，迂回包抄在卡昂与英军激战的德军，彻底粉碎德军的抵抗，乘胜占领法国和比利时。
陆军总共将投入86个师，其中装甲部队有美军第2、第3、第4、第5、第6和第7装甲师、英军禁卫装甲师、第7、第11、第79装甲师、第4、第9、第27装甲旅、法军第2装甲师、波兰第1装甲师、加拿大第4装甲师、第2装甲旅。使用的坦克型号有美制m4a1、m5a1、m3a3坦克，英制丘吉尔、克伦威尔坦克和dd水陆两栖坦克和m10m36坦克歼击车、丘吉尔架桥坦克、蟹式扫雷坦克等。
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