1942年7月，鑒于北美英軍及遠東美軍接連受挫和丘吉爾的極力支持英美發動北非戰爭，8月，艾森豪威爾被任命為實施北非登陸的盟軍最高司令。盟軍司令部設在倫敦，根據美英聯合參謀長會議的指示指定作戰計劃。作戰計劃要點是：盟軍特譴部隊在法屬北非的阿爾及爾、奧蘭和薩布蘭卡實施登陸（代號“火炬”），占領沿海主要港口，然后由阿爾極登陸部隊向東搶占突尼斯，再待機與北非英軍協同作戰，消滅北非的德意軍隊。攻擊發起日定為11月8日。艾森豪威爾任命克拉克為副司令，史密斯為參謀長，坎寧安為海軍司令。11月4日，盟軍在巴頓、弗雷登道格爾和安德森的指揮下，在卡薩布蘭卡、奧蘭和阿爾及爾登陸，與此同時，無線電臺向北非廣播羅斯福總統的友好聲明。

從10月起，美軍副司令克拉克和墨菲開始與法軍將官接觸，要求合作，但盟軍仍遭到法軍不同程度的抵抗。艾森豪威爾設法與因故滯留北非的維希法國武裝部隊總司令達爾郎達成合作協議。盟軍在北非登陸成功，艾森豪威爾則被輿論攻擊為與維希干將勾結而險些被迫辭職。北非登陸使法屬北非及其軍隊歸屬盟國。

盟軍登陸前后，蒙哥馬利的英國第8集團軍與隆美爾的德國“非洲軍”正在埃及的阿拉曼激戰。11月，隆美爾部退抵突尼斯。艾森豪威爾命令安德森部搶占突尼斯，但搶占行為因指揮系統混亂、蒙哥馬利行動遲緩和氣候惡劣而告失敗，盟軍只得就地轉入防御。艾森豪威爾因此陷入極度苦惱之中。大批德意志援軍趁機開進北非。

1943年1月，卡薩布蘭會議決定，盟軍將在北非戰役之后實施西西里戰役，以改善盟軍的軍事失勢；任命艾森豪威爾為北非戰區盟軍最高司令，亞歷山大為副司令兼地面部隊司令，特德為空軍司令。與此同時，艾森豪威爾晉升為上將。會后，北非盟軍整編為第18團軍群（轄英國第1集團軍、英國第8集團軍、美國第2軍和部分法軍），由亞歷山大任集團軍群司令，在艾森豪威爾之下負責直接指揮。

1943年1月底至2月，隆美爾部經費德、加夫薩向卡塞林發動鉗式攻勢，費雷登道爾的美國第2軍在塞林蒙受重大損失。艾森豪威爾急調巴頓任第2軍軍長。在盟軍的強烈攻勢下，鉗形攻勢結束。隆美爾部向梅德寧進攻失敗之后，隆美爾認為再戰無益，于3月9日報病回國，由阿尼姆代替指揮。根據艾森豪威爾批準的突尼斯作戰計劃，英國第1集團軍（含法軍）從北部和中部進入突尼斯前沿陣地；美國第2軍則沿山地向東實施有限佯攻，把敵軍從第8集團軍的前線吸引過來并威脅敵軍的右翼。3月17日，美國第8集團軍對馬雷特防線的正面突擊失敗。北非戰役破壞了納粹德國的威信，為開辟歐洲第2戰場創造了前提條件，北非戰役對艾森豪威爾的指揮能力和領導地位都是嚴峻的考驗。