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丘吉爾每週主持一次會議，研討「霸王」行動計劃的實施。登陸的地點選在諾曼底，這裡地勢開闊，可同時擺開二三十個師，距英國西南海岸各主要港口又較近，便于輸送部隊運送物資，德軍在這裡的兵力也較薄弱，有利條件勝過加來。加來距英國海岸近、而距英國海港遠，又是英國重點設防之地。諾曼底的缺點是沒有良港，丘吉爾提出用人造港來代替的創見，召集工程技術人員進行設計。
人造港是用
100多萬噸鋼筋水泥來建造一批巨大的碼頭，將它們安放在海灘上，向海的一端浮在海面。再用沉入水中的混凝土結構和沉船在外圍築成巨大弧形的防波堤加以掩蔽。這樣，儘管浪高流急，不怕狂風驟起，吃水深的艦船能夠停泊和卸載，登陸艇能夠自由來往于海灘。
為了迷惑敵人，還廣泛採取疑兵之計，使敵人摸不準登陸方向。丘吉爾在德黑蘭會議上創造了「保鏢行動」語，即「真相經常要由虛假相伴來作保鏢」。
根據丘吉爾的建議，在肯特郡海邊集結了一支假艦隊，發出大量電訊，又讓以勇猛著稱的美國巴頓將軍閒步肯特街頭，以致德國情報人員誤以為巴頓是盟軍總司令，盟軍總司令部設在肯特
實際在諾曼底對海的樸次茅斯附近，登陸地點在與肯特郡隔海相對的加來。在進攻前夕，英國飛機撒下大量錫箔片，在德軍海岸雷達看來，酷似一支艦隊正沿英吉利海峽向東駛往加來。此外，由於英國尚需依靠美國的軍事援助，特別是登陸艇，丘吉爾承認，他對頗有主見的羅斯福，有時還「不得不抓住適當時機扮演一個阿諛奉承的角色」。
千呼萬喚，「一直拖到已經喪失了決戰價值的時候」
美國魏德邁將軍語，「霸王」行動終於就要開始了。整個英國南部變成了一座大軍營，聚集了
287萬三軍官兵和後勤人員，
1.
1萬架飛機和
6000多艘艦艇。
諾曼底登陸前夕，近
70歲的丘吉爾走訪盟軍總司令艾森豪威爾，要求隨英艦「貝爾法斯特”號參戰，艾森豪威爾不答應。丘吉爾說：「雖然參戰的各部隊均歸您指揮，但是參戰人員並不由您確定。」艾森豪威爾點點頭。丘吉爾繼續說：“那麼，我可以以英艦水兵的名義簽名參戰，將軍無法阻擋。」
艾森豪威爾無可奈何地苦笑着說：「話是這麼說，但是首相閣下，您這樣做會給我肩上增加沉重的責任」。丘吉爾決心不變，艾森豪威爾只好派參謀長史密斯將軍晉見英王。喬治六世說：「溫斯頓的問題由我來處理。」他召見丘吉爾說：「如果您決心參加戰鬥，我也有義務與您一同參戰。」丘吉爾只得罷休，望海興嘆。
6月
6日凌晨
1時許，蒙哥馬利統領的英、美、加三國軍隊，以三個傘兵師空降于登陸陣地後方為前導，在大量轟炸機和戰艦狂炸、炮擊海岸德軍炮兵陣地和防禦工事後，黎明時分，運輸艦送來的陸軍改乘登陸艇和小型攻擊艇，利用拖來的人造港，在諾曼底海灘大舉登陸。由於守衛這一帶海岸的是納粹雜牌軍，加之登陸前幾天英吉利海峽接連出現
20年未遇的風急浪高惡劣天氣，他們更是疏於防範，因此德軍尚未完全建成的從挪威到西班牙沿海的「大西洋壁壘」很快被突破。僅在
6日這一整天，盟軍就出動
1.
46萬架次飛機、
17個師團和
2萬輛軍車登上了陸地。到
12日，
5個佔領的灘頭連成一片，有近
33萬人和
5萬多輛軍車、
10萬多噸物資登上諾曼底，德軍死傷
16萬人。
11日深夜，史達林向丘吉爾和羅斯福致電祝捷說：「就其規模、就其宏大的佈局，以及傑出的執行計劃情況來講，戰爭史上從來也沒有過足以與之類比的事業。……只有我們的盟軍才光榮地、勝利地實現了強渡海峽的龐大計劃。歷史將把這一業績當作一項最高的成就記載下來。」與此同時，蘇軍在東線發動夏季攻勢，使德軍陷入反法西斯隊伍東西夾擊的鐵鉗中。
諾曼底登陸以後，德軍節節敗退。在法國抵抗運動發動起義的配合下，盟軍
8月
24日解放巴黎。戴高樂已被公認為法國領袖，他回到巴黎組織臨時政府。由於大力支持戴高樂的流亡政府和自由法國運動，英國和丘吉爾受到法國人的感激和崇拜。
丘吉爾應邀訪問巴黎，受到極為隆重的接待。
11月
11日，第一次世界大戰停戰紀念日，被特意選作巴黎解放慶祝盛典的日子。
11點整，丘吉爾和戴高樂坐上敞篷汽車，在幾百名穿著禮服的衛隊簇擁下，越過塞納河，穿過協和廣場和香榭麗舍大街，在街道兩旁、樓上窗檯和屋頂人群的歡呼聲中，向凱旋門前進。丘吉爾身着皇家空軍制服，頭戴飾有金橡樹葉的帽子，站在敞篷汽車上向巴黎市民和列隊士兵頻頻揮手，屈臂的右手舉在腦袋側前方，反覆作出V形手勢——從此以後，這一象徵勝利的手勢便傳遍了全世界。丘吉爾向無名烈士墓獻了花圈，同戴高樂等兩國軍政要員，全都沿香榭麗舍大街步行了半英里，走向觀禮台。
大約
50萬市民再次傾注全部熱情，「丘吉爾萬歲！戴高樂萬歲！英格蘭萬歲！法蘭西萬歲！」
的歡呼聲此起彼伏。兩國領導人一起檢閲了兩國部隊的分列式遊行。接着，丘吉爾向克雷孟梭
上次大戰時法國總理雕像獻了花圈，參觀了巴黎殘老軍人院，拜謁了福煦
上次大戰時法國總司令和拿破崙的陵墓。次日，丘吉爾被授予巴黎榮譽市民稱號。
