Den 10. maj sluttede den falske krig med en omfattende tysk invasion af de neutrale lavlande Belgien, Holland og Luxembourg og ind i Frankrig ved at omgå de franske befæstninger af Maginot-linjen langs grænsen til Tyskland. Efter at have invaderet Holland, Belgien og Luxembourg vendte Tyskland sig mod Frankrig og indtrådte i landet gennem Ardennerne den 13. maj - franskmændene havde efterladt dette område mindre forsvaret, da de mente, at dets terræn var uoverkommeligt for kampvogne og andre køretøjer. De fleste allierede styrker var i Flandern og forventede en gentagelse af Schlieffen-planen i Første Verdenskrig og blev afskåret fra det franske fastland. Som et resultat af dette, og også den overlegne tyske kommunikation og taktik, var slaget om Frankrig kortere end praktisk talt alle førkrigs allierede kunne have forestillet sig. Det varede kun seks uger. Den 10. juni erklærede Italien krig mod både Frankrig og Det Forenede Kongerige, men opnåede ikke nogen væsentlig succes i dette felttog. Den franske regering flygtede fra Paris, og snart overgav Frankrig sig.
Den 22. juni. For yderligere at ydmyge det franske folk og landet selv, arrangerede Hitler, at kapitulationsdokumentet blev underskrevet i skoven i Compiègne, i den samme togvogn, hvor den tyske kapitulation var blevet underskrevet i 1918. Overgivelsen delte Frankrig i to store dele; den nordlige del under tysk kontrol, og en sydlig del under fransk kontrol, baseret på Vichy og omtalt som Vichy Frankrig, en rump stat venlig til Tyskland. Mange franske soldater og soldater fra andre besatte lande flygtede til Storbritannien. General de Gaulle proklamerede sig selv som den lovlige leder af det frie Frankrig og lovede at fortsætte kampen. Efter den uventede hurtige sejr forfremmede Hitler 12 generaler til feltmarskalk under feltmarskalkceremonien i 1940.