三巨头们在到处都是硝烟弥漫的战场上，不停地往来奔波着。在开辟第二战场的过程中，他们聚在一起既要不断地争吵，又要不断地加强合作，因为他们正在准备进行的是一场人类历史上规模空前的渡海登陆战役。
从开罗到德黑兰，从“考沙克”计划到“霸王”作战计划，几经波折，才最终敲定最后的行动计划。如此周密的筹划，则为此次登陆作战的成功奠定了坚实的基础。
一、战前准备
1941年7月18日，斯大林第一次向英国的首相丘吉尔提出要开辟欧洲第二战场问题。在其后的两年时间，苏、英、美三国围绕这一问题，多次相互交涉，苏联的立场是：希望英美两方能于1942年在西欧登陆，将德军东线的兵力部分能够分流西线，从而减轻对苏军的压力。美国方面由于担心苏联因承受不住德军的军事打击，所以亦竭力主张早日开辟欧洲第二战场。英国的立场则与之相反，它从自身情况和利益出发，坚决反对盟军于1942年在西欧登陆，并力图通过实施其一贯坚持的“边缘战略”，逐步向欧洲核心地区渗透。
从实际情况分析，1942年盟军开辟欧洲第二战场的主客观条件并未具备：一方面美国还未能稳住太平洋局势，无法抽调大批兵力赶赴欧洲；另一方面英国虽已从敦刻尔克的失败中恢复过来，但由于埃及形势紧迫，只得把大批新组建的部队投入到北非战场。在这种情况下，若想在西欧集结对抗德军的盟军几乎是不可能的。
1943年，虽然盟军在一定程度上具备了开辟第二战场的能力。但由于其目标在到初夏时仍集中在北非，接着又重兵进攻西西里岛，而且大西洋的天气又只允许在夏季前后的几个月内登陆，这样，美英首脑不得不把这一决定战争进程的行动推迟到1944年夏初实施。
1944年，世界各战场的形势发生了有利于盟军的决定性变化。在太平洋战场上，美军对日发起全成面进攻，日军在美军强烈的攻势下只能固守在各个孤立的岛屿上作垂死挣扎；在中国战场上，虽然还没有发起规模较大的反攻。但一系列的局部反攻在中国领域已比比皆是，苏德战场的变化尤为明显，苏军已完成战略转折，正从北起摩尔曼斯克、南至黑海岸边的数千公里战线上对德军展开此起彼伏的强大突击；在英美苏等多方国家的精密部署下，终于初现成果地中海战场的海空控制权已被盟军牢牢掌握，意大利政府已向盟军投降，一大批德军精锐部队被盟军牵制在意大利中部的山区；在大西洋上，曾肆虐一时的德国“狼群”，在盟军强大的护航舰队面前已构不成威胁。从空军力量来看，盟军已占绝对优势，德国本土已遭到了盟军的日夜轰炸。这一切表明，开辟欧洲第二战场的时机已完全成熟。
为了确保这次史无前例的登陆顺利实施，盟军在极为隐蔽的情况下做了大量的战前准备工作。
1943年1月，美英军政首脑在卡萨布兰卡举行会议，就北非战事结束后双方的战略行动方向问题进行商讨。在这次会议上，虽然原定1943年在欧洲开辟第二战场的行动被推迟至1944年夏初，但双方仍然一致同意立即在英国组建一个联合计划参谋部，开始进行次年登陆的各项准备工作。
同年5月，参谋长是以前领导联合计划参谋部的英国陆军中将摩根。在军队的编制上英联邦的地面部队由英国陆军上将蒙哥马利指挥，美军地面部队由美国陆军中将布莱德雷指挥。海军司令为英国海军上将拉姆齐，空军司令为英国空军上将利一马洛里。
这是一个富有战斗力的集体。因为艾森豪威尔长期在高级统率机关做参谋工作，他更有机会能充分了解美国的战略方针，熟悉现代战争中陆、海、空的协同作战，特别是他曾经在北非已经成功地领导了盟军的登陆和作战行动，积累了一定的经验。因此，他无疑能胜任这一职务；特德是一位战略家和空军指挥员，在处理盟军各部队和军种之间的关系上也具有极高的能力和耐心；史密斯一直是艾森豪威尔的部下，因此在司令部工作组织上干得十分出色；海军司令拉姆齐曾成功地组织了敦刻尔克的撤退，并在西西里登陆中任英军特混舰队司令；蒙哥马利在指挥了北非、西西里和意大利作战后，成为了家喻户晓的名将。
最高司令部的下属机构是在原来联合计划参谋部的基础上扩编而成的。各部门的人员配备美英各半。这种编成既有利于加强双方的有效合作，又能充分体现协同作战的特点。
在盟军最高司令部组成之前，“霸王”行动计划的草案已经制定完毕。这项工作是由卡萨布兰卡会议上决定成立的联合计划参谋部来完成的。英国的F.E.摩根中将被任命为这个参谋部的负责人，称为同盟国欧洲远征军最高司令部的参谋长。该职务的英文缩写为COSSAC，读作“考萨克”。摩根到任之后，便将“考萨克”作为参谋部的代号。到了1943年8月，“考萨克”已将“霸王”行动计划草案制定完毕。
第一，登陆地点的选择。“考萨克”制定该作战计划的第一项工作是选择合适的登陆地域，这是其进行后续工作的基础。它认为，像“霸王”行动这样大规模的作战，其登陆地点应该具备如下条件：其一，能得到在英国机场起飞的战斗机掩护；其二，航渡距离应尽量短，以便于穿梭式地运送大量后续部队；其三，附近要有大型港口。以这些条件衡量，登陆地点的选择范围应缩小到从荷兰的弗利辛恩到法国瑟堡之间的480公里海岸线上。经过对这段海岸线反复研究之后，“考萨克”最后选择出两个地带：一处是法国多佛尔海峡沿岸从敦刻尔克到索姆河口之间的加莱地区，另一处是冈城与科唐坦半岛底部之间塞纳湾沿岸的诺曼底地区。
接着，“考萨克”对这两个地带的情况进行了详细分析，对它们的优缺点作了比较。加莱地区的最大优点是距离英国海岸最近，只有33公里，同时盟国空军还能进行最大限度的支援。但不利条件也极明显，该地区距英国港口较远，运送人员和物质不方便，又因为，这里是德军重点设防区，登陆肯定要遭到激烈抵抗。另外，这一地区缺乏内陆通道，不容易向纵深发展。而诺曼底地区的最大优点是：德军防御较弱；海滩情况对登陆虽然不太理想，但还可以使用，而且有科唐坦半岛作屏障，可以阻挡大西洋上刮来的西风；这里沿海地势开阔，可同时展开26至30个师的兵力。此外，诺曼底距英国西南海岸的各大港口较近。虽然这里同样缺少优良港口，但登陆后不久即可夺取科唐坦半岛北部的良港——瑟堡港。
在对加莱和诺曼底两地的优劣长短进行全面考虑比较之后，“考萨克”最后选择了后者。值得注意的是，“考萨克”在选择登陆地域的过程中，充分吸取了1942年8月1日加拿大和英国军队在法国小镇第厄普进行破坏性登陆的经验教训。当时约1个师的登陆部队在庞大空军兵力和舰艇编队的支援下，在第厄普沿岸4个地点登陆，然而结果却遭到了失败，伤亡约3350人。此次失败的主要教训是：对敌人兵力集中、防守很强的港口进行正面的军事打击是很难成功的，只有先用大炮，飞机将要登陆的要地进行猛烈的炮火打击、破坏。根据这一教训，“考萨克”在选择登陆地域时避开了港口，同时计划建造两个大型人工港，而作为弥补登陆地域缺乏港口的不足。
第二。对登陆兵力的部署和登陆日期的选定。在登陆的具体地点确定之后，“考萨克”集中力量制定具体的登陆计划。根据当时可供使用的兵力和登陆舰艇的数量，决定集中在冈城和卡朗坦之间上陆。将突击登陆的第一梯队兵力定为3个师，第二梯队8个师，另加2个空降旅，计划在两周内夺取瑟堡。登陆开始日选定为5月1日。这个计划在魁北克召开的“四分仪”会议上被批准。
在赴任之前，艾森豪威尔就已经看到了“考萨克”制定的“霸王”行动计划草案。当时他和蒙哥马利及正在北非的丘吉尔交换了意见，三巨头一致认为突击登陆阶段如果投入的兵力过弱，需要增加。艾森豪威尔在到达伦敦组建起最高司令部之后，立即着手开始对此行动计划的修改工作。
在此次登陆计划的兵力配置的问题上，盟军最高司令部认为，“考萨克”计划选择的登陆地域是合适的，但第一梯队上陆兵力太弱。新计划规定，第一梯队的兵力应为5个师，空降部队增加到3个师，登陆正面由原来的40余公里扩展到80余公里，即从科唐坦半岛东南到奥恩河口，把维尔河以北的海滩包括进去。登陆地段共分5个，从西至东，其代号分别为：“犹他”、“奥马哈”、“哥尔德”、“朱诺”和“斯沃德”。前2个为美军登陆海滩，后3个为英、加部队的上陆地段。
在盟军登陆阶段，同盟国陆军统一组成了第21集团军群，由蒙哥马利任司令，领导指挥邓普西中将的英国第2集团军（含英第1、第8、第12、第30军）和布莱德雷中将的美国第1集团军（含美第5、第7、第8、第9、第19军）。待巴顿将军指挥的美国第3集团军上陆后，美军将单独成立一个集团军群，由布莱德雷担任司令。而在盟军的突击登陆阶段，还将从以上所述的部步中抽出五个师和三个空降师分别从海空两路突击登陆。具体实施计划是：在预定登陆时刻，第一梯队将以8个加强营的兵力在5个登陆地段上陆（美第1集团军3个营在“犹他”和“奥马哈”登陆，英第2集团军和加拿大第1集团军5个营在“朱诺”、“斯沃德”和“哥尔德”登陆），建立登陆场。另派美军突击队2个营及英军少数突击部队，协助参加登陆突击。在部队登陆之前，在右翼卡朗唐西北厄格利斯附近地区空降的美国第82和第101空降师，以截断德军由瑟堡驰援的路线，并协助登陆部队夺取“犹他”海滩。在左翼卡昂东北附近地区空降的英国第6空降师，将夺取卡昂运河的渡河点，并负责左翼边缘的突击作战任务。右翼部队登陆后，首要任务是由该地区向西北推进至瑟堡，左翼部队则应首先建立由卡昂至圣洛一线的登陆场，并向该线的东南逐渐扩展，以掩护美军向瑟堡的进攻。在登陆场巩固和扩大后，增援部队上二陆攻占的首批目标为冈城、贝叶、伊济尼、卡朗唐和瑟堡，即先占领布列塔尼，然后向塞纳河推进，直逼巴黎。
为了将第一梯队成功的输送到诺曼底，盟国的海军方面专门编组了两只特混舰队。西部特混舰队主要由美国舰艇组成，包括3艘战列舰、10艘巡洋舰、30艘驱逐舰、280艘其它各种舰艇、1700艘登陆舰船，其任务为输送美国第1集团军部队上陆，并由美国战术空密军第9航空队提供空中支援；东部特混舰队主要由英国舰艇组成，包括3艘战列舰、13艘巡洋舰、30艘驱逐舰、302艘其它各种舰艇、2426艘登陆舰船，其任务为输送英国第2集团军和加拿大第1集团军部队上陆，并由英国战术空军第2航空队提供空中支援。此外，为了支援登陆部队，还建立了5个舰炮火力支援队，共有7艘战列舰、2艘浅水重炮舰、24艘巡洋舰、74艘驱逐舰。两个特混舰队还各有一个后续编队以运送第二梯队上陆。
这个修改后的计划使盟军实现诺曼底登陆提供有利的前提，同时富有极大的军事科学意义。但由于这个计划增加了突击登陆阶段的兵力，扩大了登陆正面，因此许多问题接踵而来。最为突出的是登陆舰艇严重不足。马歇尔虽然同意从太平洋战场抽调一部分登陆舰艇，但是仍不能满足“霸王”行动的需要。最后，同盟国联合参谋长会议不得不决定将原定登陆日期推迟1个月，即从原计划规定的5月1日推迟到6月初，主要为了从美国和英国得到更多的登陆艇。另外，由于备艇的原因，而决定将在法国南部登陆的“铁钻”行动推迟到8月15日，而把计划中的登陆艇统一调归“霸王”行动使用。
登陆日期（D日）和攻击开始时刻（H时）的选择，依据潮汐和月光而定。由于各军种自己的作战需要不同，而提出了不同的要求——陆军希望在潮汐高潮临近时上陆，因为这样可以减少部队暴露在海滩上的时间。海军则要求在潮汐低潮时登陆，这样可以减少登陆艇遭海滩障碍物破坏，同时爆破队又可以在高潮到来之前排除德军设置的抗登陆障碍物。而空军则希望在晴天或夜晚有月光的条件下行动，以便空降部队识别地面目标。最高司令部经过认真考虑，最后采取一种科学的方法拟定了一个适应各军种需要的方案，即海上登陆部队在高潮与低潮之间登陆。由于5个登陆地段的潮汐情况不尽相同，因而又规定了5个不同的H时。除了满足海上登陆部队对潮汐和日出时间的要求外，还决定把D日安排在满月的日子。在6月份，只有两组连续3天可满足此次登陆突击的要求。一组是6月5日至7日；另一组是6月18日至20日。最后最高司令部决定：选用第一组3天中的1天为D日！
“考萨克”制定的登陆计划完成之后，盟军的侦察机便开始在法国北部广袤的上空活动频频。展开了对德军广泛、深入的侦察活动，目标是弄清敌军整个海岸的防御配系和一些海滩障碍物的设置。盟军主要侦察手段是低空照相，登陆前2个多月里，盟军出动侦察机4500架次，拍摄下了登陆地段的立体照片，为登陆计划的实现提供了大量宝贵的战役战术情报，成了登陆作战所需情报的重要来源。
尽管空中侦察快捷广泛，在众多的侦察方式中，有其它侦察方式不可取代的优势，然而空中侦察并不能完全的代替其他侦察手段。比方空中侦察不能辨别出海滩的硬质或软质。假如是软质型的流沙和淤泥，重型坦克和装甲车就容易陷进去，就必须预先采取措施加以预防。这就要求必须通过地面侦察搞到海滩泥沙的样品。另外，潮汐的情况也需要实地勘查。
1944年1月，为掌握预定登陆地段的详细情况，盟军派出一支由1艘袖珍潜艇、2艘拖网渔船和2艘巡逻艇组成的考察队。艇上有3名海军军官和2名水兵。在这次行动中，水兵成功地游到预定岸上，连续侦察两个夜晚，获得了大量有价值的材料，如海滩的坡度，水下障碍物的设置情况，沙滩和卵石滩的情况，并取回了海滩泥沙样品。从这些样品中发现，有的海滩存在大片淤泥。为解决这一问题，后勤部门给许多坦克装上了叫作“转筒”的钢垫滚筒，把它们铺在坦克前进的道路上，使后续坦克也能顺利通过。这些具体有效的措施，为尔后突击登陆的成功创造了有利条件。