Les Allemands engagent leur action dans la nuit du 6 au 7 août, sans préparation d'artillerie, l'effet de surprise étant recherché par les Allemands. La phase initiale ne prend pas les Américains par surprise, le commandement américain est au courant de l’intention allemande depuis plusieurs jours. En effet, depuis près d’un an, l'opération Ultra avait permis le décryptage des messages chiffrés des états-majors allemands (machine Enigma) par les services britannique et américain. Tous les messages que s’échangeaient les Allemands via ce système étaient connus immédiatement des Alliés. Les renseignements étaient confirmés par des reconnaissances aériennes. Aussi le général Bradley, nouveau commandant du 12e groupe d’armées depuis le 1er août 1944, peut-il prendre des mesures préventives plus de vingt-quatre heures avant l’offensive allemande.
Moins qu'un danger, cette offensive allemande est perçue comme une occasion de détruire à coup sûr l'armée allemande de Normandie. Bradley, s'entretenant avec un officier lui dit : « C'est une occasion qui ne se présente à un commandant en chef qu'une fois par siècle. Nous sommes sur le point de détruire une armée allemande entière ». C'est ce à quoi le commandement allié va s'employer. Cependant, les troupes au contact sur le terrain ne sont pas prévenues. Elles sont déjà en état d'alerte maximum. Aucun renfort n'est disponible dans l'immédiat. Le risque de fuites qui trahiraient Ultra est trop grand.
Les VIIe corps d'armée américains du général Lawton Collins et XIXe corps d'armée américains du général Charles H. Corlett seront impliqués dans cette bataille. Les forces américaines sont relativement fraîches et préparées à affronter le choc, appuyées par une importante artillerie et une couverture aérienne totale.
Débarqué à Utah Beach le 6 juin 1944, la 4e division d'infanterie américaine est vétéran de la bataille de Normandie. Le général Raymond O. Barton, vieux de la vieille, a organisé sa division en vue de l'attaque. L'unité est acheminée au plus vite face aux couloirs prévus pour les 2e Panzer et 2e Panzer SS. C'est une unité en réserve qui agit efficacement le 7 août, notamment par son appui d'artillerie. Elle est pour le moment cantonnée en avant de Brecey.
La 9e division d'infanterie américaine est une puissante unité vétéran. Très bien commandée par le général Manton S. Eddy, froid et calculateur, elle fait face aux 84e division d'infanterie et 116e division blindée, sur un terrain favorable. L'unité est à pleine puissance avec, en soutien à proximité sur ses arrières, le 12e régiment de la 4e division d'infanterie américaine.
La 30e division d'infanterie américaine est une unité expérimentée par plus d'un mois de combat. Elle encaisse le gros du choc de l'offensive allemande. Elle remplace la 1re division d'infanterie américaine, fatiguée et en route vers d'autres objectifs plus au sud, qui a capturé Mortain deux jours plus tôt. L'unité est commandée par le général Hobbs, qui fait preuve d'un calme olympien, minimisant, tout au moins dans les premières heures, la puissance de l'offensive allemande. Le général Hobbs est vite rappelé à l'ordre par Collins, son supérieur.
La 35e division d'infanterie américaine est une division peu expérimentée, déjà en route vers la Mayenne quand l'ordre de retour est arrivé au général Paul W. Baade, son commandant. Le 6 août, elle fait mouvement vers Mortain, après avoir repassé Pontaubault. La 3e division blindée américaine est représentée par l'un de ses trois groupements tactiques (Combat Command B). C'est une division blindée très puissante car elle possède deux régiments de chars au lieu d'un habituellement. Ses chars stationnent dans le couloir d'approche de la 2e division SS Das Reich. Elle a efficacement participé à l'opération Cobra, énergiquement commandée par le général Maurice Rose.
L'opération allemande commence sous le signe de la confusion, les différents états majors allemands se contredisant mutuellement. L'opération est ralentie par de multiples évènements, au matin du 7 août, les Allemands n'ont progressé significativement que dans le secteur de la 2e division blindée allemande, laquelle bouscule deux compagnies du 117e régiment d'infanterie américaine. L'unité allemande atteint son objectif, le Mesnil-Adelée, dans la journée. La 116e division blindée est stoppée net par le 39e régiment de la 9e division d'infanterie américaine, très bien retranché dans un terrain favorable et largement équipé en pièces antichar. Hausser et Funck ne comprennent pas « l'immobilisme » du général Schwerin, et le remplacent par le colonel Walter Rheinard. Mais, malgré la mise en mouvement, les Panzer ne parviennent pas à déboucher.
La 2e division blindée SS est, quant à elle, fixée un long moment à Mortain, avant de déboucher sur la route nationale vers Saint-Hilaire-du-Harcouët, qu'elle ne parvient pas à atteindre. Le 2/120e régiment de la 30e DI américaine avec la compagnie K du 3/120, environ 700 hommes, parfaitement camouflé sur la cote 314, reste encerclé pendant cinq jours sans céder un pouce de terrain. La position occupée par ce régiment commande toutes les approches de Mortain et dispose d'un point de vue sur toute la vallée. Depuis cette position, il est possible de diriger des tirs de harcèlement d'une redoutable précision sur la division Das Reich, ce qui gêne tous ses mouvements.
Devant ce contretemps, von Funck décide d'engager la 1re Panzer SS pour au moins atteindre Juvigny-le-Tertre. Dans la nuit, cette division est fortement retardée dans un défilé par le crash d'un chasseur-bombardier américain sur sa tête de colonne. Puis, en progressant vers ses objectifs, elle percute le Groupement Tactique B (CCB) de la 3e division blindée américaine et ne parvient plus dès lors à avancer.
Hitler avait promis trois cents avions de la IIIe flotte aérienne (Luftflotte 3) en support de l'attaque. Bien que de nombreux chasseurs allemands aient décollé de la région parisienne, l'United States Army Air Force intervient très efficacement et intercepte toutes les formations ennemies. Aucune intervention aérienne de la Luftwaffe ne se manifeste dans le ciel de Mortain. Au contraire, les Mustang, Typhoon et Thunderbolt alliés envahissent l'espace aérien du champ de bataille dès la fin de matinée19. Ceux-ci dévastent de leurs roquettes les colonnes blindées allemandes, provoquant l'arrêt de l'opération en plein jour. Les Typhoon seuls réalisent 294 sorties concentrées sur la 2e division blindée allemande. Cette formation est littéralement clouée sur place.
Le bilan de la première journée d'opération est jugé faible par le commandement allemand. À l'opposé, le commandement américain se réjouit pleinement. La feinte avait joué à plein ! L'objectif allié est désormais de fixer ces troupes blindées suffisamment longtemps pour que, dans un vaste mouvement tournant, Patton puisse couper la retraite de la VIIe armée allemande. Hitler, quant à lui, s'obstine dans l'erreur. Malgré les signes d'alerte, il réclame le renforcement de l'offensive par le IIe corps de Panzer SS, avec trois divisions blindées. Ces troupes devaient être extraites du front britannique autour de Caen dès le 8 août. Mais les forces aériennes alliées, omniprésentes, préviennent tout déplacement jusque tard dans la soirée. Les unités allemandes passent dès lors à la défensive, pressées de toutes parts.
Dès le 8 août, les troupes Allemandes ne progressent plus. La 2e division blindée SS, elle, s'accroche à Mortain et tente de réduire les poches de résistance de la 30e DI américaine. Les renforts américains du 35e DI déboulent dans le secteur dès le 8 août 1944. Dans les deux camps sur le front normand, Mortain devient la clé de voûte où tout va se jouer !
Le Mans, grand centre de communication et base arrière du ravitaillement allemand est sous la menace directe des pointes américaines. Contre toute logique, même la 9e division blindée allemande, qui se portait au secours du Mans, fut détournée pour renforcer une offensive de plus en plus illusoire. Le maréchal von Kluge semblait accepter tous les ordres de Hitler sans sourciller, avec un zèle censé masquer les soupçons qui pesaient sur lui quant à son implication dans l'attentat contre le Führer.
Le 11 août 1944, les Allemands reçoivent l’ordre de se replier car les Anglo-Canadiens attaquent en direction de Falaise et menacent de percer durablement la ligne de front vers le sud. Le repli s’effectue à la nuit tombée.
La 35th Infantry Division n’arrive dans le secteur de Mortain que le 12 août 1944 aux environs de midi, laissant s'échapper toute illusion côté allemand. Toujours le 8 août, les forces de la 3e armée américaine progressent sans opposition sur le flanc sud de la contre-attaque de Mortain. Les tirs d'artillerie et les bombardements laissent Mortain en ruine. L’arrivée de ces renforts permet au 120th Infantry Regiment de s’infiltrer dans la commune qui passe à nouveau sous contrôle américain.