登陸行動預計於6月6日清晨06:30時開始，代號為「H-Hour」。盟軍首先會對海灘上的守軍進行40分鐘的艦炮炮擊和30分鐘的空中轟炸，此後兩棲坦克會在行動開始前5分鐘提前登陸。步兵部隊由許多32人的突擊小隊組成，這一小隊的隊員會搭乘同一艘的登陸艇上岸，每個小隊都有專門的任務目標及相應的武器裝備。在第一波攻擊結束以後，敵軍或許會因各突擊小隊達成各自目標，使得敵軍的火力反抗間歇。這時，美軍戰鬥工程兵會立刻上岸為後續部隊開闢出安全通道，開始清理障礙物、地雷並標示出安全路徑。此後盟軍的大型登陸艦會在高潮時分安全靠岸，運送更多的物資彈藥和火力支援部隊。戰鬥打響90分鐘以後，盟軍炮兵部隊亦會開始登陸，而再過90分鐘則會有大量的盟軍戰鬥車輛於海灘上集結。戰鬥開始195分鐘以後，隸屬第29步兵師的美軍第115戰鬥團和隸屬第1步兵師的美軍第18戰鬥團將會開始登陸，同樣歸屬於第1師麾下的第26戰鬥團則會在接到第5軍軍長的命令後才會登陸。[18]

在計劃中，戰鬥開始2小時之後盟軍得消滅灘頭守軍，之後各個32人步兵小隊將集結成為幾個步兵營並參加後續戰鬥。戰鬥開始3小時後，盟軍預估能控制懸崖中的各個谷口，這樣就能讓後續部隊繼續向內陸推進。在戰鬥當天結束時，奧馬哈海灘的盟軍將建立一處縱深8公里（約5英里）的灘頭堡，與東邊黃金海灘上的英軍第50師第30軍會合，並且為第二天進攻Isigny-sur-Mer的行動做好準備。若Isigny-sur-Mer落入盟軍之手，那麼奧馬哈的盟軍將能夠與西側猶他海灘上的美國第7軍會合。[19]

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我把時間全標紅字出來 你怎麼看 這份一天上灘頭還要建立縱深8公里灘頭堡 美軍作戰計畫

儘管有些美軍已經深入到了內陸，但海灘上的部隊卻仍然沒有完成其作戰任務。懸崖中的各個谷口還未能通行車輛，防守這些谷口的小股德軍也在頑強地抵抗。海灘上的障礙物並沒有被完全清除，因此盟軍的後續部隊基本上只能在 Easy Green和Easy Red兩區登陸。[65]

海灘上只有一條很窄的通道以供盟軍車隊上岸。由於此通道完全暴露於敵人的火力之下，盟軍最高層於08:30下令中止車隊的登陸行動。已經靠近海灘的盟軍車隊發生了大堵塞，其中DUKW車隊的堵塞情況尤為嚴重。舉例來說，116團第11野戰炮營的13輛DUKW中，5輛在下了登陸艇之後不久就陷入了沼澤里，4輛在於登陸地點附近等待上岸時丟失，1輛在掉頭轉向海灘的過程中傾覆，兩輛在駛向海灘的過程中被敵軍擊毀，最後一輛也於之後某些時候沉沒，儘管其乘員在其沉沒之前將其上運載的火炮搬運到了另一艘船上。這唯一一門倖存下來的火炮在當天下午上了岸。[66]

關於奧馬哈之戰的官方記錄稱盟軍「裝甲部隊打得非常艱難」。而根據116團第2營營長的說法，裝甲部隊「救了盟軍登陸部隊，他們狠狠地揍了德國人一頓，自己也傷亡慘重」。[67]灘頭守軍力量在早晨至中午的這段時間裡被逐漸削弱，對此做出最大貢獻的正是盟軍坦克部隊。散亂的作戰單位，敵人壓制性的火力以及無線電通信設備的缺乏使得盟軍坦克只能各自為戰，它們因此受到了很大的損失。111野戰炮營營長在引導一輛坦克向某方向開火時陣亡，直屬741坦克營指揮部的5輛坦克中有三輛被擊毀，743坦克營營長在跑向一輛坦克時也被子彈擊中。在海軍開始炮擊E-3谷口附近的據點後，盟軍決定使用裝甲部隊來向此據點發動突擊。接到此一命令後，泰勒上校集結起了海灘上所有的坦克，並在上午11:00發起了攻擊。只有三輛坦克成功的進入了作戰區域，其中兩輛在向谷口前進時被摧毀，僅存的一輛坦克被迫撤了下來。

盟軍的團級後續部隊開始一個營接著一個營地上岸。第18作戰團首先於09:30分在Easy Red區登陸。此團中首先登陸的是其下屬的第2營，由於海岸附近有許多船隻堵成了一團，因此第二營在原定時間之後30分鐘才登陸於E-1谷口附近。海灘上有一條狹窄的安全通道供其通過，但未被清除的障礙物與地雷還是摧毀了2營的22艘步兵登陸艇，2艘步兵登陸艦和4艘坦克登陸艦。在裝甲部隊和海軍炮火的支援下，新上岸的部隊迫使防守E-1谷口的最後一個據點內的德軍在11:30分向其投降。儘管盟軍終於打開了第一條通向內陸的通道，但海岸附近的大堵塞卻使其沒能及早派遣部隊向內陸開進。115團的三個營原定於10:30分在Dog Red和Easy Green區登陸，但它們在拖延了一段時間後和18團同時在Easy Red登陸。由此造成的混亂使得18團剩下的兩個營在13:00才登陸，而且除18團2營以外，其餘部隊直到14:00才完全離開了海灘。更糟的是，盟軍向內陸的推進還遭到了谷口深處的德軍地雷與防禦工事的襲擾。[68]

這張奧馬哈海灘的航拍照片顯示了所有5個谷口（D-1，D-3，E-1，E-3和F-1）的位置。
D-1谷口附近的據點在下午剛到來時被盟軍艦炮炮火打得基本失去了戰鬥力，但在缺乏足夠人手來清除剩餘敵軍的情況下，盟軍還是無法派遣部隊穿越這條山谷。盟軍車隊直到夜幕降臨時才開始穿越此山谷，743營倖存下來的部隊也穿越此山谷到了維耶維爾過夜。[69]
18團在推進中清除了E-1谷口附近殘餘的少量敵軍。戰鬥工程兵在此谷口西邊開闢出了一條道路，此道路隨後成為了盟軍部隊向內陸推進的主要通道。海岸外堵在一起的登陸部隊在14:00時接到了上岸的命令。內陸St. Laurent的德軍火力又造成了一次堵塞，但堵塞起來的部隊還是繞路到達了目的地。741營剩餘的坦克在17:00時接到命令，通過E-1谷口向內陸推進。[70]

原先由於兩側太陡而被盟軍認為無法使用的F-1山谷，在工程兵開闢了一條通道之後還是投入了使用。在D-3與E-3兩谷口久攻不下的情況下，盟軍決定改變計劃，利用F-1山谷來調動部隊。745坦克營中有一個連的坦克由此山谷通過並於20:00到達了一處高地。[71]

與此同時，海灘上的所有谷口已全部被盟軍攻占，其附近的地雷也被清理了出來。低潮的來到也使工程兵能夠繼續清除海灘上的障礙物。到了晚間時分，海灘上已有了13條通道。

盟軍在當天結束時並未能向內陸推進多遠。美軍控制的地區內仍然有小股德軍在活動，德軍的炮兵也仍然在威脅著整個海灘。到了晚上21:00時，第26戰鬥團的所有步兵都登上了岸，但他們卻損失了許多裝備，包括26門火炮，50多輛坦克，大約50艘登陸艇和10艘大型艦隻。[3]盟軍原計劃在當天向岸上輸送2400噸補給，但實際上只有100噸成功地上了岸。[75]第5軍估計共有約3000人陣亡、受傷或失蹤。第一波攻擊中的步兵，裝甲兵與工程兵承受的損失最大。16團與116團各損失了約1000人。[3]741坦克營只有5輛坦克能夠參加第二天的戰鬥。[76]德軍352步兵師一共陣亡，受傷和失蹤了1200人，這是352師20%的兵力。[4]海灘上的352師士兵給美軍造成了很大的麻煩，美軍第一軍軍長奧馬爾·布拉德利將軍甚至曾考慮過撤離奧馬哈海灘，[77]英國陸軍元帥伯納德·勞·蒙哥馬利也考慮過讓美軍由黃金海灘進入內陸的可能性。[78]