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（新增“犹他”和“剑”滩头），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（代号d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（代号h时），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