ノルマンディー上陸作戦（ノルマンディーじょうりくさくせん、Invasion of Normandy）は、第二次世界大戦中の1944年6月6日に連合軍によって行われたドイツ占領下の北西ヨーロッパへの侵攻作戦。また、ノルマンディー侵攻（ノルマンディーしんこう）とも言う。正式作戦名「ネプチューン作戦」（en:Normandy landingsを参照）。なお上陸からパリ解放までの作戦全体の正式名称はオーヴァーロード作戦（Operation Overlord）。
作戦当日だけで約15万人、オーヴァーロード作戦全体で200万人の連合国の兵員がドーバー海峡を渡って北フランス・コタンタン半島のノルマンディー海岸に上陸した、現在に至るまで歴史上最大規模の上陸作戦である。
本作戦は夜間の落下傘部隊の降下から始まり、続いて上陸予定地への空襲と艦砲射撃、早朝からの上陸用舟艇による敵前上陸が行われた。連合軍は、イギリスの首相ウィンストン・チャーチルが「かつて行われたもののうちで最も複雑な作戦」と評したほどの苦戦も覚悟していたが、様々な要因もあってドイツ軍にとっては完全な奇襲となり[8]、上陸作戦は「オマハ・ビーチ」など一部を除いて円滑に進み、損害は想定を遥かに下回ることとなり[9]、恐るべき損害を被るといった連合軍の懸念は杞憂に終わった。上陸作戦の成功はドイツの崩壊に拍車をかけたが、内陸への進撃はドイツ軍の激しい抵抗もあって計画通りには進まなかった[10]。
ノルマンディー上陸はヨーロッパ戦線の転機となった作戦であり、第二次世界大戦中最もよく知られた戦いの一つでもある。本作戦で用いられた用語「D-デイ」は作戦決行日を表し、現在では主に作戦開始当日の1944年6月6日について使われる。 1941年のバルバロッサ作戦によるドイツ軍のソ連侵攻以来、ヨーロッパ本土でのドイツ軍戦力のほとんどが東部に向けられていた。ソ連のヨシフ・スターリンは、危機的な状況を緩和するため、イギリスやアメリカに対して西部に第二戦線を築くことを再三要請していた。 イギリス軍は第一次世界大戦同様に、正面からの攻撃を繰り返すのではなく、ヨーロッパを周囲から攻撃することを提案し、アメリカ側は、前線の延長を望まなかったことと、イギリスの勢力拡大意図について心配したため、ドーバー海峡を渡っての上陸作戦を行うようイギリス側を説得した。 ドーバー海峡を渡っての作戦は、1942年中にブレストかシェルブールへの（本格的反攻ではない）限定的上陸のスレッジハンマー作戦、1943年以降の北フランス上陸のラウンドアップ作戦が立案、また周囲からの攻撃では北西アフリカ上陸のジムナスト作戦、ノルウェー上陸のジュピター作戦が立案されていた。 しかしスレッジハンマー作戦は準備期間が短すぎ、上陸しても半島に閉じ込められるだけで吸引できるドイツ軍兵力が小さいことから早々に放棄された。またジュピター作戦も放棄。結局北アフリカのドイツ軍を排除するトーチ作戦（ジムナスト作戦から改称）が実行され、ラウンドアップ作戦は1943年以降になる事となった。結局ラウンドアップ作戦は1943年中に実施できない事が判明したため、1944年までずれ込み、作戦名も「オーヴァーロード作戦」に変更された。1943年には北アフリカから北上した連合軍がイタリアに上陸したが、戦線はほとんど動かなかった。 1943年11月28日テヘラン会談において、アメリカ大統領フランクリン・ルーズヴェルト、イギリス首相ウィンストン・チャーチル、スターリンが討議し、1944年の5月には第二戦線を開くことが正式に合意された。
序章