При разработке плана вторжения союзники во многом опирались на уверенности в том, что противнику неизвестны две важнейшие детали — место и время проведения операции «Оверлорд». Для обеспечения секретности и внезапности высадки была разработана и успешно проведена крупнейшая в истории дезинформационная операция (операция Fortitude). Бо́льшую часть плана высадки союзных войск продумал британский фельдмаршал Бернард Монтгомери.

Разрабатывая план вторжения в Западную Европу, командование союзников изучало все её атлантическое побережье. Выбор места высадки определялся по различным причинам: мощность береговых укреплений противника, расстояние от портов Великобритании, и радиус действий истребителей союзников (так как флоту союзников и десанту требовалась поддержка авиации).

Для высадки десанта наиболее подходили районы Па-де-Кале, Нормандии и Бретани, так как остальные районы — побережье Голландии, Бельгии и Бискайского залива — были слишком удалены от Великобритании и не удовлетворяли требованию снабжения морским путем. В Па-де-Кале укрепления «Атлантического Вала» были самыми мощными, так как немецкое командование считало, что это наиболее вероятное место высадки союзников, поскольку оно ближе всего к Великобритании. Командование союзников отказалось от высадки в Па-де-Кале. Бретань была менее укреплённой, хотя находилась сравнительно далеко от Англии.

Оптимальным вариантом, по-видимому, было побережье Нормандии — там укрепления были мощнее, чем в Бретани, но не столь глубоко эшелонированные, как в Па-де-Кале. Расстояние от Англии было больше, чем до Па-де-Кале, но меньше, чем до Бретани. Немаловажным фактором было и то, что Нормандия находилась в радиусе действия истребителей союзников, а расстояние от английских портов соответствовало требованиям, необходимым для снабжения войск морским транспортом. В связи с тем что в операции планировалось задействовать искусственные гавани «Малберри», на начальном этапе союзникам не требовался захват портов, вопреки мнению германского командования. Таким образом, выбор был сделан в пользу Нормандии.

Время начала операции определялось соотношением между приливом и восходом солнца. Высадка должна произойти в день при минимальном уровне прилива вскоре после восхода солнца. Это было нужно, чтобы десантные суда не сели на мель и не получили повреждений от немецких подводных заграждений в полосе прилива. Такие дни были в начале мая и в начале июня 1944 года. Вначале союзники планировали начать операцию в мае 1944 года, но из-за разработки плана высадки ещё одного десанта на полуострове Котантен (сектор «Юта») дату высадки перенесли с мая на июнь. В июне было только 3 таких дня — 5, 6 и 7 июня. Датой начала операции выбрали 5 июня. Однако из-за резкого ухудшения погоды Эйзенхауэр назначил высадку на 6 июня — именно этот день и вошёл в историю как «День Д».

После высадки десанта и укрепления его позиций войска должны были произвести прорыв на восточном фланге (в области Кана). В указанной зоне должны были сосредоточиться вражеские силы, которым предстояла бы длительная битва и удерживание со стороны канадских и британских армий. Таким образом, связав вражеские армии на востоке, Монтгомери предполагал прорыв по западному флангу американских армий под командованием генерала Омара Брэдли, которые опирались бы на Кан. Атака должна была пройти на юг до Луары, что помогло бы повернуть по широкой дуге к Сене возле Парижа за 90 дней.

Монтгомери сообщил свой план полевым генералам в марте 1944 года в Лондоне. Летом 1944 года военные действия проводились и проходили согласно этим указаниям, но благодаря прорыву и быстрому продвижению американских войск в ходе операции «Кобра» форсирование Сены началось уже к 75-му дню операции.