希特勒估计到盟军最终将从西线重返欧洲大陆，因此，他命令西线部队做好准备，随时将入侵之敌赶下大海。希特勒还指示西线部队总司令格尔德·冯·龙德施泰特元帅构筑一道由隐蔽的火炮阵地组成的“大西洋壁垒”。这些火炮可以炮击从西班牙至挪威之间的每一处可能实施登陆的海滩。然而，希特勒由于其注意力主要集中在俄国战场，因而只能偶尔顾及西欧。大西洋战线在德国国防军中就象继子一样，处于受冷落的地位。
尽管德国人一致认为盟军对西欧的突击将不迟于1944年春，但对盟军实施突击的地点却没有取得一致的意见。陆军认为，盟军很可能在加来地区登陆，因为加来地区离英国最近，而且，德军正在这里修建V型武器（即无人驾驶飞机和远程火箭）的发射场。一旦同盟国发现这些设施，并认识到它们对英国所构成的威胁，他们无疑将不惜一切代价向这里推进。德国陆军的情报机构还进一步认为，盟军将避开诺曼底海滩。因为这些海滩后面是一片由零碎的乡田构成的、难以通行的灌木林区，中间有以树木和灌木丛覆顶的土坎相隔，这种地形对守方十分有利。然而，德国海军的情报军官却得出了截然不同的结论。他们研究了盟军的轰炸和扫、布雷样式，分析了英国各港口的活动情况，最后认定，盟军将在加来以西登陆。希特勒凭着他的直觉观察指出，科坦丁半岛和布列塔尼亚半岛很可能成为盟军进攻的目标。鉴于上述各种估计，德军不仅对加来海滩严加防守，而且对诺曼底海滩的防御也没有放松。
与此同时，龙德施泰特已对“大西洋壁垒”的固定防御原则产生了怀疑。在研究了盟军在萨勒诺的登陆突击之后，他认为他的部队不可能在敌方有舰炮火力支援的情况下把入侵者消灭于水线附近。所以，龙德施泰特越来越倚重于部署在内陆战略位置的快速步兵部队和装甲师，因为这些部队可以迅速冲到海岸，以阻止盟军使用他们可能占领的任何登陆场。
1944年初，希特勒下令隆美尔元帅归龙德施泰特指挥，并交给他下述特定任务：用德军第7和第15集团军防守斯凯尔特到卢瓦尔之间的大西洋海岸。希特勒的这一任命在德军西部防线造成了混乱和分歧，因为隆美尔根据他在北非的经验对情况进行的估计认为，同盟国的空军将阻止龙德施泰特的快速预备队及时到达海岸以取得决定性的战果。他坚持主张，担任防御的装甲部队必须部署在离海岸5英里以内的地方。他争辩说，双方的胜负应将在海滩见分晓；除非入侵者在24小时之内被赶下海去，否则，德国就将面临失败。最后，只好希特勒亲自出面调解隆美尔和龙德施泰特之间的意见分歧。希特勒采取了折衷的解决方法。他派给隆美尔一些装甲部队，但其数量不足以实现隆美尔的原定计划。龙德施泰特的预备队的大部分兵力则仍然部署在内陆。
隆美尔由于没有得到他所需要的兵力，就把力量集中于固定的防御上。他甚至忽视部队的训练，把士兵当成劳动力，劲头十足地着手加固“大西洋壁垒”，并将重点放在构筑混凝土的暗炮台上。隆美尔极度重视地雷和水雷，他准备在所有海滩和海滩的道路上进行密集布雷。这需要上亿个水雷和地雷，而德国工厂只能生产他所需要量的百分之四。隆美尔原计划在海滩上设置几道障碍，以阻挡对方的登陆艇。所幸的是，其中可在低潮时发挥作用的障碍未能及时设置。隆美尔还打算在所有障碍区进行布雷，但直到D日那天，这项工作还远远没有完成。此外，隆美尔放水淹没了岸炮阵地后面的洼地，以此作为第二道防线。为了阻止盟军伞兵和滑翔机的着陆，他又在可以着陆的开阔地上密集地设立大量的木桩（称之为“隆美尔芦笋”）。由于缺少地雷，隆美尔计划在这些木桩顶部装上特别的炮弹，并用带刺的铁丝与雷管连接起来。这样，只要一触动铁丝，炮弹就会爆炸。但是，由于炮弹迟迟才运到，未能及时安装，因而这一计划终成泡影。
隆美尔，这位擅长于灵活机动的能手，并没有完全依赖于固定防御。他竭尽全力为他的步兵部队和被龙德施泰特保留在后方的装甲师的迅速调动创造条件。然而，由于缺乏足够的摩托化车辆，盟军的空中优势以及盟军预先对铁路和桥梁进行了轰炸和破坏，隆美尔的努力在盟军登陆时几乎没有发挥什么作用。具有讽刺意味的是，这些闪电战的创始者竟不得不主要依靠徒步或自行车开赴作战地域。
D日和H时的选择
入侵法国的目标日暂定于1944年5月1日，实际日期将视潮汐、能见度、气候和装备配备等情况加以决定。为了能多得到一个月生产的登陆、上陆工具，艾森豪威尔将军在征得盟军参谋长联席会议的同意后，把目标日推迟到6月1日。这是可以实施入侵的最迟的日子，因为盟军需要争取利用整个夏季进行作战，以便巩固其征服法国的胜利。以6月1日为预定的目标日，“谢夫”的参谋人员开始选择各种自然条件都最有利于登陆的时间。他们希望D日的前一夜有月光，这样，空降师可以在日出前飞往和到达指定的目标。同时，他们还希望海军舰艇部队和登陆输送队能在夜暗中横渡英吉利海峡，并在登陆前赢得30到90分钟，以便发挥航空兵和舰炮对敌人防御实施火力准备的效果。在所有的条件中，最关键而又起主导作用的则是潮汐情况。最初登陆的时间必须是在涨潮，这样，登陆艇在卸载和撤出时，就不会有搁浅的危险。在英军登陆地段的附近，满布着明礁暗石，低潮时部队无法登陆；然而，为了便于爆破组进行作业，登陆时又要求潮水低到足以暴露出水下障碍物的高度。最后，参谋人员选择在低潮之后一小时实施最初登陆。随着潮水的上涨，后续各波所要渡过的海滩将越来越短。在一个月中，能满足所有上述条件的只有三天时间。在这三天之后再过14天，除了月相（这时为新月）以外，其他条件将再次出现。在6月1日之后，能满足上述所有条件的最早日子是6月5日，6月6日和7日也比较合适。因此，艾森豪威尔选定6月5日为D日，并根据5个登陆滩头的不同潮汐情况，将H时定在6时30分至7时55分。
海军的计划
海军部队，特别是英国海军部队，在入侵诺曼底的作战中承担了大量任务。这些任务是：
1。 将突击部队运至登陆海滩，并将他们及其装备输送上岸；
2。 提供足够的船只，以便把大量补给品（除机械化装备外，每个师每天的需求量约为600…700吨）源源不断地运过英吉利海峡；
3。 在火炮运上岸之前，充当浮动火炮；
4。 确保增援部队及其补给装备有条不紊地、适时地到达作战区域，并要采取措施，做好伤亡人员的后送工作；
5。 防止德国海军部队突入英吉利海峡；
6。 在水雷区清扫航道，并清除妨碍部队登陆和向岸上展开的海滩障碍物。
诺曼底进攻部队的2700艘舰艇（包括上陆工具）由拉姆齐将军统一指挥，编为以美军为主的西部海军特混舰队和以英军为主的东部海军特混舰队。前者由A·G·柯克海军少将指挥，后者则由海军少将P·维安爵士指挥。西部海军特混舰队又分为U特混编队和O特混编队，分别支援“犹他”和“奥马哈”海滩；东部海军特混舰队则编为G、J和S三个特混编队，分别负责支援“哥尔德”、“朱诺”和“斯沃德”海滩。海军参加了开始于1943年12月到1944年4月和5月达到高潮的登陆训练活动；各特混编队都实施了大规模的预演，其中包括在英国南部海岸实施的模拟登陆演习。这些演习除了没有真正横渡英吉利海峡之外，在每一个步骤上都仿效了“海王”作战（即“霸王”作战的海上阶段）。尽管如此，当“海王”作战正式付诸实施时，各特混编队之间的合作关系还必须按照作战计划临时确定，而这时的作战计划也仍然只不过是纸上谈兵而已。所以，这绝非等闲之事，因为参加这次作战的舰艇都是从泰晤士河口和北爱尔兰这样一些广为分散的港口调集的。为了把入侵的各个部队按时送上海滩，海军必须进行极为复杂的筹划工作，任何混乱现象都可能带来巨大的灾难。
对铁路的轰炸
在1943年1月的卡萨布兰卡会议上，盟军参谋长联席会议曾命令驻英国的美、英战略空军部队参加对德国实施的联合攻势轰炸，以便“逐步破坏德国的军事、工业和经济体系，降低德国人的士气，使其武装抵抗能力受到致命的削弱。”总之，同盟国的空军部队准备全力以赴，企图仅以空中攻击来打败德国。他们把潜艇建造厂选作主要攻击目标，其余的攻击目标依次为飞机制造工业、交通运输、炼油厂，以及其他战争工业。美军为了准确地命中目标，决定实施昼间轰炸；英军则认为昼间轰炸太危险，便选择在夜间实施面积轰炸，以摧毁德国的工业和军事中心。
“战略轰炸”是否真能迫使顽抗的敌人投降，从未真正得到过证实。由于地中海战区的作战需要，上述攻势轰炸一直推迟到1943年春末。可是，到了这时，德国空军拥有足够的战斗机以使盟军的战略轰炸付出极高代价。随着同盟国把空中攻击集中在敌人的飞机、航空器材仓库、航空修理基地、飞机制造工业，以及相关的工业之后，这场旨在摧毁德国工业的空中攻势便迅速转变成一场争夺空中优势的战斗。与此同时，德国人急忙地将其重要的生产设施转移到德国东南部，使之处于盟军驻英国的轰炸机的有效攻击范围之外。1943年底，当盟军在空战中似乎已胜利在望时，照相侦察却发现了德国部署在加来及其他地区的V型武器发射场，而且所有这些武器全都预兆不祥地对准英国。于是，摧毁这些武器就成了当务之急。
艾森豪威尔将军