经过长时间讨论，美、英于1942年夏达成一致意见：进攻欧洲的时机尚不成熟，战略重心将移至北非地中海战场。为此，美、英确定在同年秋实施代号为“火炬”的北非登陆战役。此役旨在夺取北非登陆场。尔后，美英登陆部队与在埃及和利比亚作战的英国第8集团军协同行动，歼灭非洲大陆上的德、意军队，巩固中东，控制地中海，为尔后在意大利和巴尔干半岛的军事行动创造有利条件，并以此减轻德军对苏联的压力。
1942年8月14日，美英联合参谋长会议发布作战指令，正式任命德怀特·艾森豪威尔将军为盟国远征军总司令，美国的马克·克拉克少将任副总司令，史密斯任参谋长。指令要求，“针对非洲的联合军事作战行动，应根据实际情况尽早实施，其目的在于协同中东盟军完全控制从大西洋到红海的整个北非”。
为执行“火炬”计划，盟军动用了13个师，以及300艘战斗舰艇和370艘运输舰，编成东部、中部、西部3个特混舰队。东部特混舰队，由英国皇家海军载运英军2.3万人、美军1万人，从英国出发前往阿尔及尔；中部特混舰队，将在英国海军的支援下，从英国运送3.9万名美军部队攻占奥兰；西部特混舰队，将直接从美国本土运送3.5万人，攻占卡萨布兰卡。夺取上述港口后，后续运输船队将源源不断地运送增援部队和补给品，直到战役完全结束为止。根据统一指挥原则，盟军总司令艾森豪威尔将军负责指挥“火炬”作战的所有兵力。英国坎宁安海军上将任盟军海军总司令。战役的航空兵保障由英国东部空军司令部（保障阿尔及尔登陆）和西部空军司令部（保障奥兰、卡萨布兰卡登陆）分别负责，共计1700架飞机。
首批登陆部队为6个加强师，约11万人。根据战役计划，上述兵力于11月8日凌晨在阿尔及尔、奥兰、卡萨布兰卡地区同时登陆。之后，从阿尔及尔上陆的英国第1集团军即直驱突尼斯，抢在轴心国派兵增援之前，夺取整个法属北非。
北非登陆成功与否不仅取决于盟军陆、海军的力量，在很大程度上还取决于驻守北非的法军将采取何种行动。至1942年11月，法国维希政府驻北非军队拥有500架飞机和14个师20万人。尽管这些部队兵力不多、装备欠佳，但训练有素。另外，在法国土伦和北非各港口还有法国舰队的大量兵力。只要法军在政治上未被瓦解，并且决心抵抗到底，他们就完全可能阻止盟军登陆。
于是，美国积极采取政治攻势，争取法军归附同盟国。罗斯福政府不顾公众压力，拒绝与维希政府断绝外交关系。美驻法国大使莱希海军上将的主要使命，是使法国反对德国控制法属北非的态度强硬起来。在预定登陆开始之前两周，盟军副总司令克拉克少将乘潜艇前往北非，在阿尔及尔附近同美国领事馆总领事墨菲和亲同盟国的法国指挥官进行了秘密会晤。克拉克要求他们在战斗开始时尽力挫败任何抗登陆计划。这些法国人的友好行动为盟军的登陆，特别是在阿尔及尔的登陆创造了一定条件。登陆前夕，盟军还把法国著名的高级军官吉罗将军接到直布罗陀，准备利用他的威望号召北非法军与盟军合作。然而，预先争取那些操纵海岸炮的法国海军人员的工作却没有成功。
东部特混舰队3.3万人在英国皇家海军少将哈罗德·巴勒爵士的指挥下，于8日凌晨1时开始在阿尔及尔及其东（马提富角）、西（卡斯蒂廖内）两面，将英、美部队送上岸。登陆部队指挥官是美国查尔斯·赖德少将。在西面，英军顺利占领滩头；在东面，载运美军的船只被意外的浪潮冲离海岸数公里，在黑暗中造成了一些混乱和耽搁。但天亮后，也很快控制了局势。由于美国人事先做了工作，盟军登陆时只遇象征性抵抗。他们登陆后迅速向内陆目标推进。许多法国部队，包括两个重要机场的守卫部队，都不加抵抗缴械投降。
与此同时，两艘英国驱逐舰“布罗克”号和“马尔科姆”号悬挂美国国旗载着一个营的美国步兵，试图夺取阿尔及尔港口，却遭到法军的猛烈抵抗。最初，在夜暗和陌生的水域中，驱逐舰没有找到通往港口的狭窄入口。后来，这两艘驱逐舰刚一驶近入口，就遭到猛烈的炮轰。“马尔科姆”号受重创后撤出战斗；而“布罗克”号经过4次努力，才冲过交叉火网，靠上码头，将运载的部队送上岸。在火炮的轰击下，“布罗克”号受创后设法撤离，登陆部队则遭到火力压制，陷入法军的包围之中。
两天后，达尔朗在贝当元帅的秘密认可下，向北非的所有法军下达了停火命令。
中部特混舰队3.9万人由英国皇家海军准将托马斯·特鲁布里奇指挥，于8日凌晨1时30分在奥兰以东的阿尔泽湾和西面的安达鲁斯实施登陆。登陆部队，指挥官是美国劳埃德·弗雷登德尔少将。
登陆兵出其不意地登上海滩，向预定目标前进，完好无损地缴获了法国的4艘小型舰艇和13架装满燃料和鱼雷的水上飞机。阿尔泽港的守军只进行了一些零星无效的抵抗。在奥兰以西登陆的部队也未遇到抵抗，顺利上岸。这些装甲部队抢在主攻开始之前，占领了一个重要的机场和一个至关重要的公路交叉点。
上午9时前后，美军按计划从各滩头堡开始向奥兰城进军。到中午，法军宣布投降。
美国海军少将肯特·休伊特指挥的西部特混舰队全部由美国海、陆军组成。该舰队自10月23日起，分批自美国本土汉普顿启航，于8日拂晓前抵达摩洛哥海岸。由于在夜间行驶，且航程较远，所以登陆时间比原计划晚3小时。美军登陆部队在美国乔治·巴顿少将的指挥下分3处登陆，主要登陆点是卡萨布兰卡附近的费达拉，由中路突击舰群担任主要突击任务。另在其两侧各有一个辅助登陆点：北面的麦赫迪耶，南面的萨菲。
根据计划，中路突击舰群的15艘运输舰必须于11月7日午夜成四路纵队锚泊在登陆海滩以北6～8海里的海面上。靠近海岸的4艘运输舰各运送1个营登陆队。4个营登陆队共计6000人，准备在黎明前实施最初登陆突击。由于天黑，海军人员无经验，以及登陆兵携带装备过多，整个登陆行动动作迟缓，偏离目标，出现混乱。至8日晨5时，美军第一艇波开始向海滩前进，接着，每隔5至10分钟，第二、第三艇波相继跟进。登陆艇开足马力，马达声引起海岸法军炮兵连的注意，他们打开探照灯进行搜索。美军再次发生混乱，部分登陆艇触礁或搁浅，一些士兵落入海中。到黎明时分，计3500人登陆上岸。在负责指挥费达拉登陆的乔纳森·安德森少将的指挥下，第一梯队向前推进，并夺取了费拉达城。但滩头阵地翼侧的岸炮连依然掌握在法国人手里，并在早晨6时后不久，突然向登陆部队和驱逐舰开火，法国战斗机也向航空母舰上的美军飞机发动攻击。美舰立即还击。战斗于中午前结束，美舰无一遭受重创，而法舰除一艘外，全部受到严重破坏。
与此同时，在卡萨布兰卡西南海路150海里处，南路突击舰群在萨菲取得很大进展。当天下午，美军已夺取了登陆突击的全部目标，只损失一艘登陆艇。之后，部队便全速向卡萨布兰卡推进。
北路突击舰群的主要攻击目标是利奥特港飞机场，从护航航空母舰上起飞的1个战斗机大队将从该机场起飞作战，以便为从直布罗陀起飞实施下一步作战的轰炸机提供战斗机掩护。
11月9日起，各路登陆部队开始向卡萨布兰卡进军，次日日终，包围了该城。美军计划于11日晨从陆上、海上和空中实施全面进攻。在发动攻击之前，摩洛哥总督诺盖闻讯达尔朗已下令停火，便宣布投降，美军遂占领卡萨布兰卡。
盟军至11月中旬占领整个阿尔及利亚和摩洛哥之后，即向突尼斯推进。到12月1日，盟军共有25.3万余人（英军10万余人、美军14.6万余人）在北非登陆。登陆6天之内（1月8日～13日），盟军在海上、陆地和空中总共损失2225人，其中死1083人、伤1068人、失踪74人。法国人死亡490人（包括蒙难居民）。盟军海、空军共击沉法军驱逐舰9艘、潜艇10艘、其他船只14艘。
“火炬行动计划”的第一阶段中，美军在摩洛哥费达拉登陆。尽管意大利人一直担心盟军在法属北非登陆，但德军最高统帅部对局势判断却一错再错，认为盟军不会在的黎波里或西西里岛登陆，进攻法属北非更不可能（这样就会把法国赶到德国的怀抱里），盟军大批船队不过是要增援并补给马耳他岛。结果，德国人“甚至连做梦也没想到这一点。直到最后一天，我们还认为他们肯定会穿过（西西里海峡）……后来，他们突然回头驶向北非海岸”。
北非落入盟军之手后，轴心国在非洲只剩下最后一块地盘——与欧洲遥遥相望的突尼斯。鉴于突尼斯具有政治上和战略上的重要性，轴心国决定不惜任何代价扼守突尼斯，并制定了西地中海战略的新基础，即占领整个法国，在科西嘉岛登陆，并在突尼斯建立一个桥头堡。盟军登陆的当天中午，纳粹德国已迫使维希法国政府接受了它的建议：从西西里岛和撒丁岛提供空中支援，以抵抗盟军在北非登陆。由此，法国在突尼斯的机场全部对德国飞机开放。第二天，11月9日，德军南线总司令凯塞林元帅向突尼斯空投第5伞兵团及其他分队，抢在盟军之前占领了突尼斯城的欧韦奈机场，10日占领突尼斯比塞大的西迪艾哈迈德机场。11月11日晨，德军执行“阿提拉”计划，占领了法国的未沦陷区。同日，两个意大利师分别由撒丁岛和本土出发，在科西嘉岛登陆。11月27日，德军为夺取法国军舰，进攻法国南部的港口土伦。在土伦法国舰队司令让·德拉博德海军上将的命令下，土伦法国海军将其舰队的70余艘军舰以及60余艘运输舰、油船等凿沉。土伦法军被解除武装。
盟军占领摩洛哥和阿尔及利亚，获得重要的后方基地之后，迅速向突尼斯挺进。11月15日，北非登陆部队英国第1集团军在安德森中将的指挥下，追击德军进入突尼斯境内，占领突尼斯市西北部海岸城市泰拜尔盖。17日，在比塞大以西50公里处，盟军与德军首次在突尼斯交战。德军1.5万人的快速增援部队和大量飞机，挫败了英美联军迅速夺取突尼斯和比塞大的企图。至年底，盟军被迫撤至迈杰兹巴卜一线。至翌年春，由于暴雨不断，道路泥泞，盟军暂停在突尼斯的攻势。与此同时，蒙哥马利指挥的第8集团军也因等待补给而推迟了向突尼斯的挺进。轴心国乘机向非洲增派兵力，并规定突尼斯轴心国军队司令库尔特·冯·阿尼姆上将的首要任务是，保证隆美尔军队的道路通畅，进而两军配合，共同守住突尼斯。
到1943年2月初，轴心国在突尼斯的兵力总数约10万人，其中德军7.4万人，编成德意非洲集团军群（司令冯·阿尼姆上将），下辖德军第5装甲集团军和意大利第1集团军，共17个师（德国7个师、意大利10个师）另2个旅。轴心国军队的防区是以160公里长的一连串防卫哨所连接起来的一个总桥头堡。它由包括突尼斯和比塞大在内的两个环形阵地构成，从比塞大以西约32公里的海岸延伸到东海岸的昂菲达维尔，分为北、中、南3个防区，各由1个师防守。防守该桥头堡的德意兵力最后增至25万人以上。
1943年初，同盟国根据卡萨布兰卡会议作出的攻占突尼斯领土、结束非洲战役的决定，任命艾森豪威尔将军为盟军地中海最高统帅部司令；英国亚历山大将军任副总司令，负责地面作战指挥；英国空军中将阿瑟·特德任地中海战区盟军空军总司令；英国海军上将坎宁安任地中海盟军海军总司令。
参加突尼斯战役的盟军兵力是第18集团军群，亚历山大将军兼任司令，下辖英国第1、第8集团军和美国第2军，共18个师（12个英国师、4个美国师、2个法国师）另两个旅。由盟国地中海舰队（近百艘军舰）及3241架作战飞机支援作战。
1943年2月，隆美尔军队在英国第8集团军的追击下，退守突尼斯的马雷斯防线。第8集团军则开抵马雷斯以南数英里的梅德宁占领阵地。德军趁英军尚未立稳脚跟，于2月14日在卡塞林隘口打败美国第2军的部队。然后，在3月6至7日又袭击了梅德宁的英国第8集团军，结果被早有准备的英军打败，损失52辆坦克，被迫撤回防线。此后，隆美尔应召回国，冯·阿尼姆上将接任隆美尔的非洲集团军群司令一职。
1943年3月中旬，盟军恢复在突尼斯的攻势。根据亚历山大司令的仅作有限进攻、以转移英第8集团军当面德、意军的命令，3月17日，美军第2军（新任军长巴顿将军，后为布莱德雷将军）在航空火力准备和炮火准备之后转入进攻，20日，顺利楔入米克纳西地区，成功地牵制了德军第10装甲师。同日夜，英国第8集团军开始进攻突尼斯南面的门户——马雷斯防线，以便歼灭意大利第1集团军，同英国第1集团军会合。
马雷斯防线是驻突尼斯的法国军队于30年代末修建的防御工事。它东翼临海，西翼坐落在迈特马泰山，紧挨一片沙漠地，全长32公里，由几十个孤立的小地堡和一些坚固筑垒阵地构成。防守马雷斯防线的意大利集团军（司令梅塞将军）拥有6个师（2个德国师），约8万人。德军第15装甲师为预备队，拥有坦克150辆、火炮680门。
英国第8集团军进攻部队为3个军（第10、第30军和新西兰军），辖6个师（2个装甲师）另8个装甲旅，有坦克610辆、火炮1410门及22个空军中队支援作战。作战计划规定，第30军以3个步兵师由正面进攻防线东翼，在近海地区突破防线。此后，第10装甲军通过缺口实施突击。与此同时，新西兰军从西翼迂回迈特马泰山发动袭击，以威胁守军后方并牵制其后备力量。作战代号“拳击家”。
3月20日晚，英军右翼第30军在靠近海岸的狭窄沼泽地区首先发起强攻，仅在对方防线打开一个很浅的缺口。次日夜得到增援后，英军重新发动进攻，桥头堡稍有扩大。由于反坦克炮受沼泽地及地雷阻滞，未能跟进，英军前沿步兵阵地在没有充分支援的情况下被德军的反击所摧毁。战斗开始两天后，英军正面进攻失败，撤回出发阵地。鉴于初战失利，蒙哥马利改变原计划，将作战重点移到内陆侧翼。为此，英军第10军司令部及第1装甲师于23日夜穿越沙漠去增援受阻于普卢姆山峡的新西兰军。同时，印度第4师从梅德宁向内陆侧面挺进，加强对德、意军侧翼的威胁，并开辟另一条冲击线。新计划代号为“增压2号”。增援部队到达后，英军左翼即于26日下午4时在空中轰炸的掩护下发起闪电攻击。德、意军试图调动其预备部队阻挡英军左翼的猛烈进攻，但为时已晚。在被合围的威胁下，守军不得不向北撤往瓦迪阿卡里特。3月28日上午4时，英军完全占领马雷斯防线，通往突尼斯的道路被打通。
4月7日，英国第8集团军开始进攻退守瓦迪阿卡里特防区的意大利第1集团军，并于同日与美国第2军先头部队会师，将德、意军包围。轴心国军队放弃阵地继续北撤。4月13日，意大利第1集团军撤至轴心国在突尼斯的最后一道防线昂菲达维尔—蓬德法斯一线。至此，德、意非洲集团军群在突尼斯东北部只保留一个南北长130公里、东西宽60公里的桥头堡阵地。次日，英军第8集团军开抵昂菲达维尔防线。4月20日，盟军在突尼斯展开非洲战役最后阶段的进攻，从南面和西面向突尼斯和比塞大方向同时实施突击，占领了重要据点。5月6日，英国第1集团军在强大的航空兵火力支援下，在突尼斯西线对德国第5装甲集团军发动决定性进攻，突破德军防线，将其残部分割为两部。7日，盟军占领突尼斯市和比塞大，此后，继续向海边进军。轴心国部队撤入邦角半岛，因受到同盟国海军的海上封锁，德、意军既无法继续防御，也无法逃脱、5月12日，盟军歼灭轴心国残余部队，德、意军总司令冯·阿尼姆被俘。13日晨，意大利第1集团军投降，历时3年的北非作战全部结束。轴心国被俘的人数约27.5万人（一半以上是德军），被同盟国的飞机、水面舰艇和潜艇击沉的轴心国的舰艇达43.3万吨。盟军伤亡7万余人。
3年来，轴心国在非洲战场总计损失95万人，损失舰艇240万吨、飞机8000架、火炮6200门、坦克2500辆、车辆7万辆。同盟国伤亡约26万人，其中英军22万人、法军2万人、美军1.9万人。同盟国占领北非，从根本上改变了地中海的形势，为后来在意大利西西里岛登陆创造了良好条件。