英、美军队在西欧开辟新的第二战场，是苏德战争爆发以后打击德国、减轻苏联压力的有效战略步骤。由于丘吉尔别有用心的政治企图，经过一年半之久的论争，终于在1944年6月胜利地实施了诺曼底登陆战役，从而使德国处于两线作战、面临崩溃的绝境。第二战场的开辟经历了一个曲折的过程。苏德战争初期，苏军处境险恶，斯大林于1941年7月和9月几次致函丘吉尔，要求英国在欧洲开辟第二战场，以牵制德军攻势，减轻苏军压力。1942年4月，罗斯福批准了陆军总参谋部制定的关于美、英军队准备于1943年向法国发动大规模进攻的“西欧作战计划”。在取得英国同意之后，罗斯福致函斯大林请苏联派特使商讨这一作战计划。苏联外交人民委员莫洛托夫于6月访问美、英并达成协议，商定当年在欧洲开辟第二战场。可是，英、美政府只是把这当作外交支持和道义援助的手段，无意在1942年开辟第二战场。这是因为英、美1942年难以积集强大兵力和运输工具在法国登陆，英、美也不肯轻易作出重大牺牲，仍期望苏联能顶住德军的攻势。
罗斯福和美国陆军参谋长马歇尔上将主张美军在1942年能够同德国军队直接交锋。但在何处作战的问题上，丘吉尔从维护大英帝国利益的立场出发，更关心在北非、中东和地中海地区作战。鉴于当时法西斯军队已攻入埃及境内，开罗和亚历山大港处境严重，美、英于1942年7月确定秋天在法属北非登陆(代号“火炬”)，进而同德、意军队交锋。为了消除斯大林的疑虑，丘吉尔于8月前往莫斯科，同斯大林会谈。丘吉尔在会谈中极力证明1942年英、美不能在法国西北部开辟第二战场，而必须推迟到1943年。他大肆宣传“火炬”计划，说英、美如能在年底占领北非，就可以威胁希特勒欧洲的腹部。为了说明他的论点，丘吉尔画了一个鳄鱼的图形，指出在打鳄鱼的硬鼻子时，也要攻击它的柔软的腹部。斯大林指责英国违背1942年6月会谈公报，但对“火炬”计划表示赞同。
1943年1月，罗斯福和丘吉尔在摩洛哥的卡萨布兰卡举行会议讨论1943年作战方针。丘吉尔力主扩大地中海战场，马歇尔主张横渡英吉利海峡进入法国作战，而罗斯福倾向于扩大地中海战事。经过讨论决定盟军1943年发动攻占西西里岛的攻势。1943年5月，丘吉尔率三军参谋长访问华盛顿，参加代号为“三叉戟”的秘密军事会议，丘吉尔和罗斯福决定将第二战场拖到1944年春天开辟，并把决定通知斯大林。斯大林大为恼火，他在6月致罗斯福和丘吉尔的信中，措词强硬地指责英、美不守信誉，一再推迟开辟第二战场，表示苏联政府不能同意这个决定。英、美仍按原计划于1943年7月实施了在西西里岛登陆作战。
但是，丘吉尔仍热衷于他的巴尔干计划。在墨索里尼垮台以后，他主张盟军进入巴尔干地区，以便同苏联争夺东南欧，恢复英国在战前的势力范围。这样，所谓1944年春天开辟第二战场的打算又将成为泡影。罗斯福不赞成巴尔干方案，因为他看到苏德战场形势已发生根本变化，美国必须尽快开辟第二战场，通过法国迅速进入欧洲大陆，同苏联争夺欧洲。因此，8月在加拿大魁北克举行的会议上，由于美国的坚持，会议确定1944年5月1日实施从法国打进欧洲大陆的“霸王”作战计划。1943年11月28日－12月1日，斯大林、罗斯福、丘吉尔在伊朗的德黑兰举行了三国首脑第一次会晤。开辟第二战场问题是德黑兰会议的主要议题。丘吉尔仍竭力游说他的巴尔干计划，但遭到斯大林和罗斯福的一致拒绝。最后，会议决定1944年5月发动“霸王”战役。这样，争论达一年半之久的第二战场，终于确定了开辟的地点和时间，丘吉尔的巴尔干计划彻底破产了。
从1944年初开始，在盟国远征军最高统帅艾森豪威尔主持下，美、英着手制定在法国北部诺曼底登陆作战的计划和进行各项准备工作。到登陆作战时，已在英国准备好了陆军三十九个师(在美国还有四十一五十个师即将运来)，各类飞机一万三千多架，各类战斗舰、登陆艇、运输船只六千多艘，盟国陆海空三军官兵总数二百八十七万多人，其中美军一百五十三万多人。为配合登陆作战，英、美空军在登陆前加强了对法国境内铁路、公路交通线和飞机场的轰炸，炸毁大量火车机车和德国飞机，完全取得了制空权。经过在大西洋的长期海战，德国逐渐失去海上优势，猖獗数年的德国潜水艇在英吉利海峡一带只剩下三十六艘，盟军完全取得了制海权。盟军最高统帅部还巧用疑兵之计，通过集结舰队、繁忙运输、大量电讯等，造成盟军司令部设在肯特，将在加来登陆的假象。德军的注意力被吸引到加来海峡方面。
1944年6月6日，人类历史上空前大规模的海陆两栖登陆战役开始了。是日凌晨，美、英二千三百多架运输机和八百多架滑翔机，载着三个伞兵师向诺曼底海岸空降着陆。英、美空军出动二千多架飞机，对德军海岸炮垒和防御工事投弹七千六百多吨。随后，盟军名类飞机同时出击，盟国海军战舰开始猛轰沿海敌军阵地，以配合进攻部队的登陆。在猛烈的炮火袭击下，德兵伤亡惨重，只能龟缩在工事掩体里。晨六时半，盟军开始登陆。海陆两栖登陆的场面蔚为壮观：进攻部队由运输舰送到离岸七——十一英里海面处后，改乘大小登陆艇驰抵予定的诺曼底五个滩头登岸，以占领滩头阵地。随后，运载重武器、大炮、坦克和工程设备的大型登陆艇和登陆船直接开到岸边，卸下人员、装备和供应品。登陆艇上安装各种火炮，靠岸时直接向敌人的海岸防御工事射击。两栖坦克一游上海岸就能直接投入战斗。希特勒一直以为这只是牵制性的佯攻，仍认定盟军登陆目标在加来地区，反对动用装甲师。直至下午才醒悟过来，急令德军全力反击，但为时已晚。经过激烈战斗，到6日晚，美、英、加拿大军已占领了剑滩、朱诺滩、金滩、奥马哈滩、犹他滩等五个滩头，建立了牢固的立足点，有近十个师的兵力和大批坦克、大炮登岸。希特勒吹嘘的“大西洋壁垒”已被突破。盟军的后继部队和补给物资源源而来，到6月12日，几个滩头阵地已连接成一条阵线，有三十二万六千多人、五万四千多辆军车和十万多吨物资运到岸上。到7月初，登陆部队已超过一百万人，各种车辆十七万七千多辆。盟军一面巩固和扩大滩头阵地，占领科汤坦半岛，于7月18日攻占圣洛和冈城，建立比较牢固的阵线，为摧毁西线德军奠定了基础。一面乘胜向法国内地挺进。经过一个月的激战，盟军打到塞纳河畔。8月19日，巴黎人民举行武装起义，解放了自己的首都。8月25日，戴高乐的军队进入巴黎城。巴黎的解放，宣告了诺曼底战役的结束。
诺曼底战役使德军遭到决定性的失败。德军损失严重，伤亡和被俘的总数逾四十多万人，击毁和被缴获的坦克一千三百辆、军车二万辆。德国从此陷入两线作战、腹背受敌的困境，加深了第三帝国内部的危机。这次战役还支援了苏军在东线的进攻，推动了欧洲被占领国家人民抵抗运动的发展。这些都加速了德国的败降，缩短了世界反法西斯战争胜利的进程，在第二次世界大战历史中占有重要的地位。