1942年7月，鉴于北美英军及远东美军接连受挫和丘吉尔的极力支持英美发动北非战争，8月，艾森豪威尔被任命为实施北非登陆的盟军最高司令。盟军司令部设在伦敦，根据美英联合参谋长会议的指示指定作战计划。作战计划要点是：盟军特谴部队在法属北非的阿尔及尔、奥兰和萨布兰卡实施登陆（代号“火炬”），占领沿海主要港口，然后由阿尔极登陆部队向东抢占突尼斯，再待机与北非英军协同作战，消 灭北非的德意军队。攻击发起日定为11月8日。艾森豪威尔任命克拉克为副司令，史密斯为参谋长，坎宁安为海军司令。11月4日，盟军在巴顿、弗雷登道格尔和安德森的指挥下，在卡萨布兰卡、奥兰和阿尔及尔登陆，与此同时，无线电台向北非广播罗斯福总统的友好声明。
从10月起，美军副司令克拉克和墨菲开始与法军将官接触，要求合作，但盟军仍遭到法军不同程度的抵抗。艾森豪威尔设法与因故滞留北非的维希法国武装部队总司令达尔郎达成合作协议。盟军在北非登陆成功，艾森豪威尔则被舆论攻击为与维希干将勾结而险些被迫辞职。北非登陆使法属北非及其军队归属盟国。
盟军登陆前后，蒙哥马利的英国第8集团军与隆美尔的德国“非洲军”正在埃及的阿拉曼激战。11月，隆美尔部退抵突尼斯。艾森豪威尔命令安德森部抢占突尼斯，但抢占行为因指挥系统混乱、蒙哥马利行动迟缓和气候恶劣而告失败，盟军只得就地转入防御。艾森豪威尔因此陷入极度苦恼之中。大批德意志援军趁机开进北非。
1943年1月，卡萨布兰会议决定，盟军将在北非战役之后实施西西里战役，以改善盟军的军事失势；任命艾森豪威尔为北非战区盟军最高司令，亚历山大为副司令兼地面部队司令，特德为空军司令。与此同时，艾森豪威尔晋升为上将。会后，北非盟军整编为第18团军群（辖英国第1集团军、英国第8集团军、美国第2军和部分法军），由亚历山大任集团军群司令，在艾森豪威尔之下负责直接指挥。
1943年1月底至2月，隆美尔部经费德、加夫萨向卡塞林发动钳式攻势，费雷登道尔的美国第2军在塞林蒙受重大损失。艾森豪威尔急调巴顿任第2军军长。在盟军的强烈攻势下，钳形攻势结束。隆美尔部向梅德宁进攻失败之后，隆美尔认为再战无益，于3月9日报病回国，由阿尼姆代替指挥。根据艾森豪威尔批准的突尼斯作战计划，英国第1集团军（含法军）从北部和中部进入突尼斯前沿阵地；美国第2军则沿山地向东实施有限佯攻，把敌军从第8集团军的前线吸引过来并威胁敌军的右翼。3月17日，美国第8集团军对马雷特防线的正面突击失败。北非战役破坏了纳粹德国的威信，为开辟欧洲第2战场创造了前提条件，北非战役对艾森豪威尔的指挥能力和领导地位都是严峻的考验。