为对付美、英军队登陆，希特勒早在1941年12月即下令以最快速度构筑“大西洋堡垒”，从挪威到西班牙的大西洋沿岸，构筑一道由坚固支撑点和野战工事构成的、设有地雷和水中障碍配系的永久性抗登陆防线。希特勒坚持认为加来地区是盟军最可能登陆的地区，在该地区重点设防，构筑一道纵深为5～6千米的防御地带。而将诺曼底地区视为次要方向，防御较为薄弱。德军在西线的兵力为“B”、“G”两个集团军群，由龙德施泰特元帅指挥。“B”集团军群由隆美尔元帅指挥，下辖第15、第7两个集团军;“G”集团军群由勃拉斯科维茨上将指挥，按1944年德军标准师的兵力计算(每个师12700余人)，在盟军登陆开始时能直接用于抗登陆的德军地面部队不超过9万人。当时德军在西线已失去海空优势，空军仅有战术空军第3集团军的飞机约500架，海军能用于抗登陆的兵力仅有中、小型水面舰艇500余艘和驻泊在比斯开湾各港口的潜艇49艘。
经过反复权衡，整个登陆地域分为东、西两个登陆区。西部登陆区的登陆由美军实施，分为2个登陆地段，其代号分别为“U”和“O”;东部登陆区的登陆由英军和加拿大军队实施，分为3个登陆地段，其代号分别为“G”、“J”和“S”。盟军登陆部队编成第21集团军群，下辖美第1集团军，英第2集团军，加拿大第1集团军。参加登陆战役的海军编成西部和东部两个特混舰队。西部特混舰队分为“U”和“O”登陆编队，负责输送美第1集团军上陆，并由美战术空军第9航空队担任空中支援;东部特混舰队分为“G”、“J”和“S”登陆编队，负责输送英第2集团军和加拿大第1集团军上陆，并由英战术空军第2航空队担任空中支援。
各登陆编队配属1个舰炮火力支援大队担任炮火准备和炮火支援。2个特混舰队还各配属1个后续登陆编队，负责输送两个登陆区的第二梯队上陆。登陆直前，在西部登陆区空降2个师，在东部登陆区空降1个师。参战的空军部队由美战术空军第9集团军、战略空军第8集团军、英战术空军第2集团军和英皇家空军轰炸机指挥部组成。盟军参加诺曼底登陆战役的海、陆、空军总兵力共计280余万人，舰船5300余艘，其中战斗舰艇1200余艘，登陆舰船4100余艘，飞机12800余架。