法国被分为北部的德国占领区和南部的“自由区”，两个区域名义上都由贝当领导的法国残存政权管辖。法兰西第三共和国被贝当领导的残存政权取代，这一政权通常被称作“维希法国”。1940年6月18日，为了回应纳粹德国政府委任法国新政权，正在伦敦的法国国防部副部长戴高乐发表了《6月18日呼吁》演说。在演说中，戴高乐拒绝承认贝当政权的合法性，开始组织自由法国政府。
戴高乐
法国海军总司令弗朗索瓦·达尔朗海军元帅向英国保证称，根据停战协议的条款，停泊在土伦的法国舰队不会落入德国人手中。然而英国人质疑这一承诺，担心德国将夺取停泊在维希法国和北非港口的法国海军舰队, 并将之用于入侵英国本土的海狮作战登陆计划。法国投降不到一个月，英国皇家海军在凯比尔港海战攻击了驻扎在北非的法国舰队。1940年5月，英国参谋长委员会得出结论称一旦法国崩溃，除非能够从美国获得“全面的经济和财政支援”，否则“继续战争无法获得任何胜算”。丘吉尔对美国援助的渴望在当年9月促成了两国间的《基地-驱逐舰交换协定》，成为后来《大西洋宪章》的基础。
法国各地的占领状况一直持续到1942年底。当年11月，盟军发动火炬行动登陆作战，入侵北非西部。为了确保法国南部安全，德国和意大利实行安东方案，德国意大利瓜分占领了维希法国，隆河东部领土和科西嘉岛为意大利军队占领。1944年6月，盟军发动霸王行动登陆法国北部的诺曼底，随后在8月15日沿法国地中海沿岸发动龙骑兵行动作战。盟军的登陆使法国中部和西部的德军部队面临被切断与本土联系的危险，其中大多数部队开始向德国撤退，但法国大西洋海岸上的德国潜艇洞库在盟军包围下坚守至德国投降。盟军于1944年8月24日解放巴黎，到了1944年9月已解放法国的大部分地区。
自由法国临时政府宣布重新成立一个临时的法兰西共和国，以确保消亡的第三共和国得以延续。临时政府以法国内地军作为军事干部以及训练有素的兵员，使得招募的法国解放军迅速发展至极大规模，得以参加盟军向莱茵河的进军以及入德作战。尽管法国经济因德军占领仍处于瓦解状态，但租借法案保证法军有足够的装备和后勤保障。法军在1944年夏天有50万人，到了欧洲胜利日时已超过130万人，成为欧洲的第4大盟军部队。
法国第2装甲师作为自由法国部队参与霸王行动作战与巴黎解放，之后在1944年11月23日解放斯特拉斯堡，实现了指挥官菲利普·勒克莱尔上将四年前的“库夫拉誓言”：“我们绝不放下武器，直到我们美丽的旗帜飘扬在斯特拉斯堡大教堂上。”勒克莱尔的部队在占领库夫拉的意大利要塞时刚满连级规模，到解放斯特拉斯堡时已成为一支装甲师。法国第1军是龙骑兵行动中登陆普罗旺斯的自由法国第1集团军先锋。第1军的先头部队——法国第1装甲师是首支抵达罗纳河的盟军部队（8月25日），同时也是首支到达莱茵河（11月19日）和多瑙河（1945年4月21日）的西方盟军部队。1945年4月22日，第1装甲师占领巴登-符腾堡境内的维希法国飞地西格马林根，维希法国政权最后的流亡者被德国人安置在该地的一座霍亨索伦王朝古堡中。
到了二战末期，法国约有58万名公民死亡，其中4万名死于霸王行动最初48小时的盟军轰炸。1939年至1940年的军事行动造成了92,000人身亡；1940年到1945年间约有58,000人为自由法国作战而牺牲。法国公民伤亡中约有40,000名属于所谓“身不由己的平民“，即德国重新吞并阿尔萨斯-洛林后被国防军和党卫队强征的该地平民。法国平民伤亡约为15万人，其中约6万人死于轰炸、6万人死于参与抵抗运动、3万人被德国占领军杀害。战俘和被驱逐的总人数达到约190万人。24万人在关押期间死亡，其中据估计约有4万名战俘、10万名因种族被驱逐者、6万名政治犯、以及4万名奴工。
