vignette|Un Hawker Typhoon est armé avec des roquettes air-sol, . vignette|Des North American P-51 Mustangs ornés de « bandes d'invasion », pour les distinguer des avions allemands. vignette|Handley Page Halifax Mark III, bombardier lourd de la RAF, utilisé aussi comme tracteur de planeurs de transport.
Lorsque les Alliés lancent le débarquement de Normandie le jour J (), ils ont une maitrise quasi absolue du ciel du nord-ouest européen. Les opérations aériennes pendant la bataille de Normandie formeront un élément décisif de cette bataille, même si le bocage normand et l'habile défense allemande ainsi qu'une météo défavorable en limiteront la portée. Elle permettra néanmoins aux Alliés d'empêcher tout mouvement de jour et de concentration de troupes allemandes et d'annihiler leurs capacités offensives, ralentissant considérablement le renforcement du front allemand, puis le réapprovisionnement de leurs troupes. La reconnaissance aérienne, combinée au déchiffrage du code allemand, donnera également un avantage décisif aux Alliés dans le renseignement.
Elle constitue, à côté de la bataille d'Angleterre, de la bataille de Midway, et de la guerre aérienne contre l'Allemagne, une des plus importantes batailles aériennes de la seconde Guerre mondiale.
Plusieurs opérations lourdes de bombardement de centres urbains se révèleront souvent contre-productives, favorisant la défense allemande. C'est néanmoins, avec l'opération Cobra, le bombardement massif en tapis de bombes sur une bande étroite du front qui, le , débloquera la situation et permettra la percée vers Avranches. À la suite de cette percée, l'aviation sera encore massivement sollicitée pour empêcher les troupes allemandes de s'échapper de la poche de Falaise.
La (armée de l'air) allemande est quasi absente du ciel normand avant et pendant cette bataille. Avant le , le jour J, les forces aériennes alliées ont préparé l'invasion, en bombardant les lignes d'approvisionnement et les batteries d'artillerie allemandes, et en parachutant à la Résistance des munitions et de l'équipement. Pendant l'attaque, les chasseurs alliés sécurisent l'espace aérien au-dessus de la zone de débarquement, et les escadrilles de bombardiers attaquent les positions allemandes de l'arrière. Pour la protection de l'armada et des bateaux de ravitaillement, les avions alliés surveillent simultanément la mer contre les sous-marins allemands. Comme les Allemands ont cru à un débarquement dans le Pas-de-Calais, et qu'ils y croient encore un peu en , ils ne peuvent aligner que peu de chasseurs contre les Alliés le jour J. Une grande partie des unités a été peu auparavant déplacée vers l'intérieur des terres. Les seules actions posant problème aux Alliés seront les opérations de nuit en baie de Seine contre les navires et les installations portuaires avec principalement le largage de mines..
Après le jour J, les Alliés soutiennent leur offensive terrestre par des bombardements concentrés. Les chasseurs-bombardiers alliés recherchent les unités allemandes en Normandie et leur tirent dessus, afin de les empêcher d'attaquer au sol. L'armée de terre allemande espère se défendre de l'invasion par les « armes miracles » comme les « bombardiers éclair » et les chasseurs à réaction (qui n'ont pas été utilisés en opérations), mais avant tout par l'intervention de divisions blindées aguerries. En outre, l'armée allemande attaque les villes anglaises par les armes de représailles V1 et V2.
Les forces aériennes alliées réussissent à accomplir toutes les tâches qui leur sont assignées, parfois avec retard à cause du mauvais temps comme dans la bataille de Caen. L'étendue des forces mises en jeu n'a jamais été atteinte jusqu'alors, la perte de presque d'équipage alliés et de en moins de trois mois a été le plus lourd sacrifice en hommes et en matériel de l'histoire de la guerre aérienne. L'armée de l'air allemande n'était pas en mesure de s'opposer décisivement à la supériorité alliée. L'essai d'arrêter l'avance alliée par une contre-offensive massive pendant l'hiver 1944, peu propice aux vols, a aussi échoué (bataille des Ardennes, opération Bodenplatte).
Contexte, planification et situation des adversaires Préparation par les Alliés de l'opération Overlord et définition des tâches de l'armée de l'air vignette|redresse|Bombardiers américains B-17 parachutant du matériel d'approvisionnement pour la Résistance en France occupée, 1944.
Le , les attaques alliées directement liées à la préparation de l'opération Overlord commencent. Ces engagements poursuivent en parallèle jusqu'au début de l'invasion les buts suivants : Approvisionnement en armes et matériel de sabotage des groupes de la Résistance en France occupée. Attaque sur les sites de lancement de fusées allemandes avant leur mise en œuvre, sur les côtes de la Manche (opération Crossbow). Attaques contre les installations de transport allemandes dans la future zone de débarquement, notamment les installations des chemins de fer français contrôlées par les Allemands. Attaques contre les installations de l'armée de l'air allemande, en particulier contre les bases de missions de défense du Reich et leurs usines d'assemblage final.
Dès quatre mois avant l'opération Overlord, une série d'attaques aériennes a été menée par les Alliés contre des objectifs sur la côte de la Manche, la côte néerlandaise et à l'intérieur du territoire du Reich, en particulier pour tester la préparation à la défense de l'armée de l'air allemande. De ces opérations, connues par les équipages sous le nom de Big Week, il ressort que les forces aériennes alliées peuvent conquérir la maitrise de l'air partout et toujours.
En outre, en , le gisement pétrolier dans la zone d'extraction autour de la ville roumaine de Ploiești et les usines de liquéfaction du charbon allemandes sont attaquées, ce qui conduira à un manque de carburant pour les avions, et à une restriction supplémentaire à la liberté de mouvements de l'armée de l'air.
Forces armées aériennes alliées participantes vignette|Plan de vol pour le jour J.
Le commandant en chef des forces aériennes au sein des forces expéditionnaires alliées, et par là de la plus grande armada aérienne de tous les temps est l'Air Chief Marshal Trafford Leigh-Mallory. Il a autorité sur les flottes aériennes d'atterrissage au sol, tactiques, stratégiques, le de la Royal Air Force ainsi que de l’.
Flottes d'atterrissage Le groupe de l'AEAF et le commandement du transport de la RAF, avec en tout de transport et de transport pour les opérations d'atterrissage. Le de transport de troupes de la de l'air américaine avec en tout de transport et de transport..
Flottes aériennes tactiques Genèse Pendant la bataille de France de 1940, les méthodes des forces aériennes alliées, en particulier celles de la Royal Air Force, contre les unités progressant rapidement de l'armée de terre allemande sont encore insatisfaisantes. Les unités destinées à l'appui aérien rapproché, équipées d'avions obsolètes du type Fairey Battle, ont été presque totalement anéanties sans avoir obtenu de succès tactique notable.
Pendant la campagne d'Afrique de l'Est, qui a représenté pour la Grande-Bretagne une suite de la guerre terrestre contre l'Allemagne, ce déficit a été comblé autant par la RAF que par les forces américaines. La première flotte aérienne tactique de la RAF était la (DAF). Cette unité, composée de divers commandements de chasseurs et de bombardiers développe des méthodes importantes, innovatrices pour les flottes aériennes tactiques ultérieures, comme les contrôleurs aériens avancés.
Du côté américain, la aérienne américaine est formée le à partir de la (USAMEAF) en Afrique du nord. Les types d'avions sont modifiés pour l'attaque contre les troupes au sol en situation tactique, des modèles d'attaque sont essayés, les conditions pour la naissance de flottes aériennes tactiques spécialisées sont rassemblées.
La seconde Tactical Air Force des Britanniques et la des Américains vignette|Des bombardiers moyens de la bombardent la Pointe du Hoc avant l'invasion.
Quand le Deutsches Afrikakorps est battue en 1943, les unités tactiques sont déplacées vers l'Angleterre et réunies en deux grandes flottes aériennes, la Second Tactical Air Force de la RAF (2nd TAF), et la ( aérienne). américaine
Ces deux flottes aériennes sont organisées en vue d'une invasion planifiée, et accompagnent les troupes au sol alliées depuis le débarquement en Normandie jusqu'à la fin de la guerre. Leur équipement sera par la suite complété par des nouveaux types d'avions et des munitions spéciales, comme le Hawker Typhoon, équipé de roquettes air-sol pour le combat antichars.
La et la disposent ensemble au d'environ , dont des chasseurs, des chasseurs-bombardiers, des bombardiers légers et moyens, des avions de reconnaissance et d'observation pour l'artillerie.
Flottes aériennes stratégiques Le RAF Bomber Command (commandement stratégique de la Royal Air Force, commandé par Arthur Harris est composé le de avec en tout . La , placée le sous le commandement de la et de son chef le général Carl Spaatz. Cette force de frappe aérienne, appelée en jargon militaire américain « » (Puissante Huitième), est la plus grande de toutes les flottes aériennes impliquées. Elle comprend plus de , et dispose en outre de grandes unités de chasseurs de défense.
Royal Air Force Coastal Command vignette|Short S.25 Sunderland, en action comme chasseur de sous-marins du Coastal Command.
Les et réunissent en tout comprenant au avions opérationnels, dont d'unités de la Royal Air Force. Leur mission principale est l'opération Cork. Ils soutiennent en outre les forces marines alliées pour leur défense contre les vedettes rapides et autres embarcations légères, et attaquent les lignes d'approvisionnement allemandes le long de la côte.
Air Defence of Great Britain (ADGB) Pour la défense des Iles Britanniques, il est prévu d'aligner les , , et , comprenant en tout . Ces unités sont en partie mises sous le commandement de la pour de petites durées, et prennent part à diverses opérations, qui s'écartent largement de la défense de l'espace aérien britannique.
Plan de défense de l'armée de l'air allemande Rôle de l'armée de l'air Après l'hiver de la guerre 1943-1944, il y a eu une crise de confiance entre le commandant en chef de l'armée de l'air Hermann Göring et Hitler. Göring, le plus proche confident de Hitler depuis le putsch raté de 1923, a fait plusieurs fois pendant la guerre de vaines promesses. Par exemple, pendant la bataille de Dunkerque, en 1940, il annonce pouvoir détruire par l'aviation le corps expéditionnaire britannique, mais les Alliés réussissent à évacuer avec succès presque . En , il prétend abattre la Royal Air Force en quatre jours, mais il y échoue dans la bataille d'Angleterre. L'approvisionnement qu'il a promis pour la encerclée pendant l'hiver 1942–43 à Stalingrad échoue aussi. Göring a même affirmé pouvoir protéger entièrement le territoire du Reich des attaques aériennes alliées.
L'espoir de puissantes forces terrestres et les erreurs capitales d'estimation de Göring conduisent à ce que Hitler ne confie pas à l'armée de l'air la défense des plages possibles pour les débarquements. C'est pourquoi il choisit comme commandant suprême le maréchal Erwin Rommel, avec sa grande expérience de combats au sol contre les troupes alliées.
L'engagement de l'armée de l'air, en particulier celui des « bombardiers éclairs » contre les troupes alliées débarquées devra être conduit par lui-même, pense Hitler. Mais l'activité réelle de l'armée de l'air se limite à des attaques de nuit dans le cadre de l'opération Steinbock, comme le contre Portsmouth avec . Avec les bombardements par fusées de représailles V1 et V2, ceci formera l'offensive à longue portée.
Tonnages de bombes larguées sur l'Angleterre : 1943 : ; 1944 : (y compris les fusées V).