1.德军超强准备，苏军严阵以待
德军自1941年6月入侵苏联至1943年初，已经损失了200万以上的兵员。除了历年的征补外，希特勒在1943年1月13日又发布了“防卫第三帝国”的总动员令，其中把男子征召的范围定在16～65岁。这样，德军此刻仍然能在东线保有198个师。虽然素质不如往昔，但是其整体实力仍旧不可轻视。只是军备的生产一直赶不上作战的损耗，从而严重影响了德军的战斗力。例如1943年1月时，东线全部18个装甲师竟然只有495辆坦克可用，其困境可想而知。
与德军形成对照的是，苏军方面自从斯大林格勒大胜后，利用潮水般的猛攻解放了许多城市，并从中获得了大量的武器装备和充足的兵源。同时，苏联庞大的工业能力也源源不断地供给前线军备。更值得注意的是，苏军4-34坦克的出现使德军也渐渐丧失了武器上的优势。这样，德军便陷入了被动的局面。
面对东线的严峻态势，转任南方集团军司令的曼斯坦因，向希特勒提出了两种选择：其一是放弃邓尼茨河附近的土地以引诱苏军深入，待苏军战斗力衰竭后再予以反击；其二是乘苏军尚未完成攻势准备前先行发动攻击，借助大规模的包围及歼灭战重创苏军。然而，不论是“先攻”或者“后攻”，对曼斯坦因而言，充其量不过是在东线上造成一个和局罢了。
对兼任陆军总司令的希特勒来说，东线的攻守问题不仅仅是个战略问题，更是个重要的政治问题。斯大林格勒大败之后，轴心国之间隐隐产生了一些动摇。希特勒认为，若采取“后攻”，不仅将被迫放弃无数德军用鲜血与生命换来的广大的土地及资源，更会对巴尔干半岛上的轴心国家产生不良的印象。唯有采取主动攻势才能重新巩固“德军无敌”的神话，以加强各盟国的向心力。而且此时土耳其的问题也很棘手，同盟国及轴心国都想争取土耳其加盟，德军势必要在东线有所表现。凡此种种因素，迫使希特勒作出了“先攻”的决定，而库尔斯克战线的突出部分正是攻击的最佳目标。
斯大林格勒惨败之后一直苦恼不已的希特勒决定先发制人，以库尔斯克为突破口，发起新一轮攻势，歼灭苏军主力兵团，保住奥寥尔突出部，为中央集团军群和南方集团军群的进一步东进创造有利条件。希特勒为此将集中50个陆军师，共90万人、2000多辆坦克。如此大规模的军事准备苏军岂会视而不见？他们通过有效的情报侦察，对希特勒的企图了如指掌。统帅部决定后发制人，先在库尔斯克地域以坚强的防御作战拖垮进攻之敌，尔后发起反攻，回兵削掉奥廖尔突出部。他们在该地域投入了中央方面军和沃罗涅日方面军，共130万人，坦克也达近3000辆，另有草原方面军的强大预备队作后援。
1943年4月15日，德军开始拟定第六号作战行动。由中央集团军及南方集团军对库尔斯克一带的突出部分实施南北夹击，企图包围并歼灭其间的大量苏军。依照曼斯坦因的计划，攻势应当在5月初融雪期结束后发动，只要苏军整补还未完成，德军便有可能重演1941年的大胜。但是许多的因素使得攻击发起日一延再延，结果白白地延误了大好战机。
其中最重要的因素便是坦克数量的不足，重坦克更是如此。德军入侵苏联初期虽然在坦克数量上居于劣势，但是仍能靠优秀的乘员以及新式坦克打败苏联。但是随着战局的发展，出现了新的变化：苏军在1941年底又研制出了新型T-34型坦克，这种坦克无论在火力、防护力还是机动力方面都比德国坦克优秀。因此，德军对新型坦克的需求已是迫在眉睫。
为此，德军也研制开发了新型豹式坦克以及虎式坦克。其中虎式坦克是搭载88毫米反坦克炮的重装甲坦克，深得希特勒的厚爱。希特勒甚至认为一个虎式坦克营即抵得一个坦克师的战斗力，因此坚持要等到拥有足够的数量时才能发动攻击。然而此时虎式和豹式坦克的月产量不过各只有25辆而已。
不过这种窘状很快便得到改善，1943年2月，德军“装甲部队之父”古德里安将军出任德军装甲兵总监，肩负起重建装甲部队的任务。另外，修贝亚接任军需部长，统一并强化了德国的军需生产。由于这两人不断努力，德军装甲部队又渐渐恢复了元气。
另外，1943年5月，北非的25万轴心军向英美盟军投降，这对希特勒而言无疑又是一个沉重的打击。而且，在扫清非洲障碍后，英美联军极可能在近期内进攻意大利，这也是个潜在的威胁。在东部前线，越来越多的情报显示出苏军已经加强了库尔斯克一带的兵力。德军的攻势越往后延，苏军的防御工事就越坚固。况且此时苏联正以每月近千辆的速度生产T-34型坦克。德军担任北面主攻的第9军团指挥官摩德尔不得不一再请求增加部队，以面对越来越强的苏军。
这许多因素使得希特勒一再延后攻击发起日，直到7月初，德军才算完成攻击准备，而曼斯坦因原本计划的时机早已不存在了。
与德军一筹莫展的境况相比，苏军也强不到哪儿去。在红军最高指挥部内，斯大林和以朱可夫为首的将军们也面临着“先攻”或“后攻”的抉择。然而他们借助于“露西”间谍网的帮助，准确而迅速地作出了决定。
“露西”是鲁道夫·李斯特的匿名。他在第一次大战时即加入德军，但他却是个彻底反纳粹的人。纳粹兴起后，李斯特偷偷组织了10名反纳粹的军官，这10人都留在战后的国防军中，其中5人升至将官。8人任职于国防军最高司令部，另2人任职于德国空军。李斯特本人则住在瑞士，随时将手下得到的情报传到苏联，这些情报后来果然起到了重大的作用，连李斯特自己也始料不及。
早在1943年4月，“露西”即对红军提出了警告：德军将在泥泞期结束后立即发动夏季攻势，而库尔斯克的突出部正是德军的攻击目标。由于情报周全，再加上希特勒一再延后开战日期，苏军遂得以从容布置防御阵地，静待着德军的攻击。
对垒双方都深谙空中支援之道，为此都投下了血本。德国空军集结了2000余架飞机，占苏德战场的70%。其中13个大队专门从本土和法国、挪威调来，这当中不乏能征善战的精锐之师，包括曾击落近千架敌机的第3战斗联队、第52战斗联队，以及俯冲轰炸航空兵主力——曾在波兰参与维卢尼大屠杀、在海上击沉苏联“玛拉塔”号战列舰的第2俯冲轰炸联队。苏军的投入也并不逊色，他们投入了中央方面军空军第16集团军、沃罗涅日方面军空军第2集团军、西南方面军空军第17集团军和远程航空兵主力兵团，共有飞机3100架（开战日又投入2000余架），兵力数量远远优于德军。苏军的主力战斗机是雅克—3、雅克—9和拉—5，性能与德国最新型的Me-109G和FW-190A大体相当，特别是拉—5H型属最新改进型，首次投入战场。该型飞机发动机1850马力，比一般战斗机高出80马力，机动性好，坚固耐用。
苏军在库尔斯克一带共集结了130万名士兵、超过2万门的火炮和3500辆坦克，它们分属北边洛克索夫斯基指挥的中央方面军以及南边瓦图丁指挥的佛洛尼兹方面军。另外它的北面有帕波夫指挥的白扬斯克方面军，南边是马林诺夫斯基的西南方面军。其后的预备队则是可涅夫指挥的斯帝普方面军。这些兵力合在一起，总数超过200万，坦克更多达5000辆。
苏军把这项行动取名为“库图佐夫作战”。苏军在德军可能进攻的方向，以层层的地雷、铁丝网、碉堡及战壕构成一个巨大的防御阵地。据估计，平均每公里正面埋下了1500枚以上的反坦克地雷以及无数的人员杀伤雷。其密度是莫斯科防御战的6倍，斯大林格勒会战的4倍。
与此同时，苏军一道道的壕沟及反坦克阵地也布满了库尔斯克地区。光是中央方面军即挖了大约54公里的战壕。每个阵地有3～5门重型反坦克炮、2～5门迫击炮，并有交通壕互相联结。苏军将许多反坦克炮放在改装的农舍中，前线的坦克也开进坦克壕中，仅露出炮塔射击。这种阵地战准备的规模之大，也是历次战争中罕见的。
为了防御德国空军的攻击，苏军在库尔斯克突出部内集结了9个防炮师、40个防空团、17个防空营，甚至还有10列防空装甲列车。
在苏军做好了充分准备的同时，德军至7月初也已完成所有的攻势准备：担任北面夹击任务的是克鲁格指挥的中央集团军，下辖第2装甲军团及第9军团，担任主攻的第9军团由摩德尔指挥，辖有6个装甲师、1个机械化师及十多个步兵师。大约有960辆坦克、2400门火炮，第2装甲军团则防守奥廖尔突出部以掩护第9军的侧翼。
伴着俄罗斯平原的暖风阵阵吹来，数千辆坦克和数千架飞机齐聚库尔斯克地域，一场规模空前的空地大血战即将拉开帷幕。
北线的战斗首先在空中打响。还在双方筹备战事阶段，双方空军就竞相以对方航空兵为主要目标展开了一场对攻战，目的都是为即将打响的大决战作准备。
1943年5月6日，苏联空军首先发起空中进攻战役，连续4天猛烈地轰炸库尔斯克及其毗邻地区的德军26个机场，出动飞机总数高达1392架次，在机场上击毁德机373架，击伤51架，令惯于突击敌方机场的德国空军饱尝了被别人攻击之苦。5月8日开始，苏军又进行了第二次空中进攻战役，继续猛轰德军机场，出动规模竟达到了3360架次。在突击机场的同时，苏联空军还对战区内和敌纵深交通线、仓库、通信指挥中心施加了猛烈打击。
德军也出动大批飞机对苏军机场和铁路线进行突然轰炸。6月2日，德军287架轰炸机在战斗机掩护下，分多批扑向库尔斯克铁路枢纽，苏军起飞386架歼击机拦截，经过数小时空中对攻，一举击落德军第一梯队轰炸机58架。但德军后续梯队的160架轰炸机乘机突入了库尔斯克，对铁路枢纽投下了数十吨炸弹，致使苏军铁路运输中断了12小时。此役德军总共损失飞机145架，苏军损失则少得多。
苏军这两次空中进攻战役，使德军航空力量受到一定程度的削弱，改善了空中力量对比，为即将打响的大决战创造了良好条件。
在库尔斯克南，德军的实力也不弱。在那里，主攻的第4装甲军团由霍斯指挥，辖有5个装甲师、1个机机械化师及5个步兵师。右侧是肯夫指挥的肯夫军团，包含3个装甲师及3个步兵师，士兵总数也有20万之众，拥有坦克1500辆。
加上全线的防御及支援兵力，德军在库尔斯克一共投入了90万名士兵、2700辆坦克、2000多架飞机以及1万门火炮。其全部兵力占德军总兵力的1/3强。
当大进攻进入倒计时阶段时，双方的空军都加紧展开了侦察工作。7月2日，希特勒在东普鲁士的总统大本营中召见德军的高级将领及主要的前线指挥官。由于德军攻势延后，侦察得到的种种迹象都显示苏军已经增强了兵力，德军已经不可能再有奇袭的优势。曼斯坦因最初原本倾向“后攻”方案，后来虽然勉强同意采取“先攻”，但拖到此时，情势已经改观了。在一番分析比较后，希特勒最后下令：7月5日凌晨3时30分展开强击。
苏军代理最高指挥官朱可夫及参谋总长瓦西列夫斯基在综合各项侦察情报后，于7月2日对各地守军提出警告。他指出德军可能在7月3日至6日展开攻击，要求各地军队严加戒备。
到了7月4日晚上，苏联中央方面军的侦察部队发现前线的德军工兵正在清除前线的地雷带，便派兵追歼。双方发生小规模的冲突后，苏军带回一名德军俘虏。该俘虏属于德军第6步兵师的工兵营，他透露说：德国将于翌日凌晨3时30分发动攻击，各部队已进入战斗位置等等。有了这些情报后，苏军将领们对战局更加有把握了。
7月5日凌晨3时25分，就在德军准备猛攻之际，一颗颗重型炮弹突然从天而降，砸向德军阵地。紧接着，苏联空军也一齐冲向德军前线机场，只几分钟便炸毁德机60余架。幸亏一些德战斗机部队反应敏捷，紧急升空，遏制了苏机的攻势，停放在各机场上的大批轰炸机才未遭到更大损失。但它们发起进攻的时间却被迫推迟。早上5时30分，稳住阵脚的德军才分别从北面的奥寥尔和南面的别耳哥罗德发起了南北对进攻势，早有防备的苏军地面部队立即展开了顽强阻击。
德国空军为了给接下来的坦克部队前进铺平道路，在南北两路的进攻方向上均投入了大量轰炸机、俯冲轰炸机和强击机。同时还派出大批战斗机为轰炸机和地面部队提供空中掩护。苏联空军也针锋相对，派出大批歼击机争夺制空权，拦截来袭之敌，同时以轰炸机、强击机猛轰敌地面部队。双方在地面战场均投入了上千辆坦克和自行火炮，双方空军均拿出反坦克杀手锏。苏军强击机配备了一种新式反坦克聚能炸弹，它重约2.5千克，能击穿德军最新型的“虎”式和“豹”式坦克。德军则使用了两种专用反坦克攻击机，一种是改装了的HS-129B2强击机，它发射的穿甲弹由钨合金包覆弹头，能穿透数十毫米厚的坦克装甲；另一种是JU-87G型飞机，摧毁力更大。这两种飞机均在1942年下半年研制成功，属世界第一批专用反坦克攻击机，德军用它们组建了若干个反坦克攻击大队，指望它们能在这次行动中一显身手。
激烈的战斗在空中和地面同时铺开。双方的歼击机与歼击机之间、歼击机与轰炸机之间、轰炸机与坦克之间展开了天昏地暗的大混战。空战、空袭、反空袭交替进行，直杀得库尔斯克地域烈焰翻卷不休，浓烟遮天蔽日。
2.地空大决战
7月12日，德军南方集团军对普洛赫洛夫卡发动了总攻击。如果德军能顺利占领该城，那么德军进攻库尔斯克的取胜把握便会大增。
德国担任主攻的是豪瑟将军指挥的第2SS军团，辖有近700辆坦克（其中约100辆是虎式坦克）。33（纳粹武装近卫队）是希特勒的私人军队，也是希特勒种族优越神话下的产物。加入33的士兵不仅要有纯正的雅利安血统，也要求具备强健的体格。纳粹在宣传上总是将33塑造成钢铁般的劲旅，但实际上33缺乏有经验的各级干部，战斗的伤亡率颇高，并不见得比国防军的精锐部队高明多少。不过SS的人员及装备补充都有优先权，编制也比国防军的部队大。因而，33仍称得上是德军引以为傲的精锐部队。
在33军团左侧是身经百战的第48装甲军，右侧还有肯夫军团的300辆坦克支援。自清晨发动攻击开始，德军就陆续遭到苏军数个机械化部队的攻击，到了大约上午9点，两军的主力终于在普洛赫洛夫卡城的南郊遭遇。
作为苏军先锋的第5近卫坦克军团首先冲进了德军的队伍中。德军坦克炮虽然能在1500至1800米的距离开火，但此刻它们面对苏军坦克的全速出击只能望洋兴叹，于是两军很快纠结在一起。在这种情况下，德军虎式坦克强力的火炮以及苏军的拉—5H型坦克，都无法讨到什么便宜，它们那巨大的炮塔不易旋转反而成了致命伤。不多久，草原上到处都是坦克的残骸。浓密的硝烟弥漫着战场，坦克行进和射击扬起的沙土更阻碍了两军的视野，双方的士兵也混杂在其中互相厮杀。
在近距离对攻中，无数的惨烈战斗不断地在上演，炮声、枪声、爆炸声和哀嚎声处处可闻。坦克乘员侥幸从燃烧的坦克里爬出后，往往被迫拿起步枪像步兵一样地作战，有时双方的坦克兵甚至用匕首肉搏。
就在南线坦克部队激战正酣之时，北线也展开了正面对攻。不过唱主角的却不是坦克而是空军。担任北线防御的苏联空军第16集团军，从开战第一天起就同德军展开了激战。空战中，苏联飞行员表现出的机智勇敢令德军吃惊不小，加上飞机本身性能良好，于是一架架德军飞机拖着浓烟撞向地面，往往还误中自己的坦克。战斗中，苏军研制的聚能炸弹大显神威，强击航空兵第291师使用这种武器，一口气便干掉了德军坦克30辆，以致德军坦克参谋长梅伦将军悲叹道：“许多坦克成了苏联空军的牺牲品，俄国飞行员表现得特别勇敢。”
在空军的有效支援下，苏军地面部队顽强地顶住了各路强攻的德军。到7月5日夜，德军仅在奥利霍瓦特卡方向楔入苏军防御区6～8公里。
然而，防御战役的第二天表明，苏联空军为压制和消灭大量目标分散了自己的兵力。歼击机的作战也暴露出一些缺点：他们迷恋于同敌战斗机作战，有时竟把敌轰炸机置之于不顾；有些歼击机巡逻队只在已方上空值班待命，没有按高度作梯次配置，这样就只能通过不间断的空中巡逻来掩护地面部队，造成了兵力的大量消耗。
7月6日，苏军航空兵克服了前一天作战中存在的缺点。他们注意监视空中情况，必要时还用机场值班分队来加强歼击机巡逻队。为了更加主动地打击德机，他们甚至还大胆地把巡逻警戒线推至敌占区空域。
德军航空兵遇到顽强的抵抗，其攻势严重受挫。而苏军航空兵却不断加强突击，这一天出动架次比7月5日多了一倍。在战斗机的92次空战中，共消灭德机113架。轰炸、强击航空兵也于6日展开了强大的反突击，给楔入防线之敌造成重大杀伤。
从7月7日开始，苏军牢牢地掌握了战区北部的空中主动权，大部分德军轰炸机还未开到战场即遭到了拦截，并且损失惨重。
至10日，德军在奥寥尔-库尔斯克方向上的进攻能力已经枯竭，不得不转入了防御。首先，北线作战中，苏空军第16集团军出动飞机7600架次，远程航空兵出动800架次，共消灭德军飞机517架，有力地支援了地面部队粉碎德军进攻。陆军部队对他们的表现给予很高评价，第13集团军总指挥在报告中写道：“请向空军全体人员转达我们地面部队的衷心感谢，感谢他们从空中给我们的积极支援。我们都怀着爱戴的心情赞扬自己的战友从空中实施的成功突击。”
在南线，担任防御的苏军航空兵打得更加顽强。当德军从别耳哥罗德向库尔斯克城以南的奥博扬发起主攻后，沃罗涅日方面军几乎将其所有兵力都集中到了奥博扬一线。从5日开始，双方又展开了歼击机大战，参战飞机之多、空战频率之高、战况之惨烈，均达到惊人的程度。在宽20公里、长69公里地区上空，同时有双方的2000多架飞机在纵横交织，几乎遮蔽了天空。一次参战的飞机常常多达100～150架。7月5日双方编队空战达99次。至10日止，仅空军第2集团军的歼击机就进行了205次空战，击落德军飞机330架，自己只损失153架。
强击航空兵和轰炸航空兵主力，用于打击猖狂北进的德军坦克集团。头两天，强击机和轰炸机都以6～8机编队活动，收效并不很大。后来为了提高突击效率，减少飞机的损失，便改以30～40机编队实施集中突击。因为大编队强击机和轰炸机的防御能力更强，歼击机也更容易掩护。如此铺天盖地的空中火力，给德军的进攻造成了极大的困难。
德国空军历来以作战迅速勇猛而一度让盟军伤透脑筋，此次在库尔斯克的表现当然也不同凡响。他们对苏军地面部队的空袭曾一度十分凶猛。7月8日清晨，德军第一个反坦克大队——第9强击联队第4大队在巡逻中发现别耳哥罗德以北有苏军一个坦克旅，正向德军的侧翼运动，立即集中了全大队的56架Hs-L29B2强击机展开超低空迎头痛击，30毫米穿甲弹雨点般飞向坦克集群，短短几分钟内便有6辆坦克起火燃烧。苏军被迫停止了攻势后撤。
面对苏军优势兵力的顽强抵抗，7月10日，损失惨重的德军被迫中止了对奥博扬的进攻，德军第一阶段南北对进计划就这样被无情粉碎了。但是，希特勒不肯罢休，他进行了重新部署，把进攻重点放到南线，将坦克师、机械化师和航空兵的主力调到了奥博扬东南的普罗霍罗夫卡地域，打算从东南方向迂回包抄库尔斯克。沃罗涅日方面军针锋相对，及时调整了自己的部署，决心以攻对攻，彻底粉碎进攻之敌。
至7月23日，沃罗涅日方面军的部队完全恢复了7月5日前所处的位置。在别耳哥罗德-库尔斯克方向防御战役期间，苏军航空兵共出动飞机1926架次，击落德机899架。至此，希特勒攻占库尔斯克的“卫城作战”计划彻底破产。
3.库尔斯克大反攻
苏军士兵在坦克掩护下冲向敌阵。早在战役开始之前，苏军统帅部在作战计划中就明确规定，在挫败德军攻势后，应抓住战机，对德军占领区实施全面反攻。7月12日，双方南线部队鏖战普罗霍罗夫卡之际，苏军便在北面开始执行“库图佐夫”计划，一直伺机而动的西方面军和布良斯克方面军分别从奥寥尔突出部的北、东两个方向发起了强大攻势，总兵力超过德军两倍，占据了绝对优势。
战斗开始前夜，苏军远程航空兵和夜间轰炸航空兵在两个方向上进行了长时间、大规模的航空突袭，对德军火炮阵地、防御支撑点和兵力集结地域彻夜猛轰，炸得德军晕头转向。其中在东线出动了600多架次，投弹550吨。12日晨，各路航空兵又以猛烈的直接火力和施放烟幕掩护陆军发起了地面冲击。北线，强击航空兵也连续出动，为进攻部队清障开道。
发起进攻1小时后，德军轰炸机群飞临战场上空，企图对苏军部队实施突击。早在空中和机场待战的近卫歼击航空兵第1军的歼击机立即迎击，它们以猛烈的攻击将德轰炸机队形打乱，使其无法对苏军部队进行瞄准轰炸。
当日，苏军航空兵共出动飞机2174架次，空战72次，消灭德机86架，自己则损失59架。与苏军飞行员共同作战的还有“自由法国”志愿飞行员组成的“诺曼底”大队，他们由戴高乐将军派遣，于1943年5月到达前线，编入空军第1集团军。他们在同德机的格斗中表现尤为英勇，到7月底，已击落敌机30余架。
在8天之内，苏联西方面军部队推进了70公里，布良斯克方面军部队推进了20公里。德军急忙增调来10个师的兵力，发起了强大的反冲击。苏军空军出动第1和第15集团军的几乎全部兵力，对德军反冲击部队实施全力突击，打得德军人仰马翻、尸横遍野。仅7月25日一天，空军第1集团军就消灭德军大约25辆坦克、150辆汽车、5个炮兵连和大量步兵。到7月29日止，博尔霍夫的德军集团完全被粉碎。
在东线，强击航空兵第3军于12日晨也向德军发起猛攻，消灭和压制突破地段上的敌军火器和部队。在部队发起冲击前5分钟，89架轰炸机又对德军一些重要的抵抗枢纽和炮兵阵地投下了500枚爆破弹和3000多枚杀伤弹。
轰炸机、强击机和炮兵的集中突击，打得德军士气沮丧，防线土崩瓦解，苏军乘势顺利推进。强击机不停地消灭德军残存的发射点和抵抗枢纽部。苏军地面部队在航空兵的支援下节节推进，到7月16日已前出到奥列什尼亚河。7月19日，德轰炸机以8～35机编队在战斗机掩护下出动，攻击北线苏军坦克兵团，严阵以待的苏军歼击机与之展开激烈空战，击落德机23架，其余德机落荒而逃。8月4日拂晓，苏军突入奥寥尔城，一天之内城内德军便全部被肃清。
在北线，坚守在那里的中央方面军也于7月15日对奥寥尔突出部南翼发起猛攻。空军第16集团军每天出动飞机1000多架次，实施强有力的空中支援。8月6日，苏军收复了奥寥尔市南面重镇克罗梅。
德军兵败如山倒，全线大溃逃，苏军乘胜转入追击。侦察机频频升空，四下捕捉德军动向，轰炸机、强击机、歼击机昼夜不停突击奥寥尔一带的公路、铁路网，无情追杀逃窜中的德军车队。8月6日至10日，德军有60列列车和大批坦克、汽车被击毁，死伤惨重。8月18日，奥寥尔反击战胜利结束。此役苏军航空兵共出动60995架次，投弹5000吨，为战役胜利立下了大功。
南线的大反攻从8月3日开始。反攻前夜，远程航空兵飞机在突破地段实施了突击。翌日晨，在部队发起冲击前两小时，空军第2集团军的轰炸机和强击机在歼击机掩护下，对突破地段上的敌支撑点进行了压制。而在部队发起冲击前，两个空军集团军又有200多架飞机对主要防御地带内的目标实施了集中突击。
在苏军航空兵和炮兵的有效打击下，德军支撑点的火器有的被击毁，有的被压制，所以在进攻的头30分钟内，德军基本上没有进行抵抗。个别炮兵刚准备开炮，便被战场上空的苏军强击机发现并击毁，沃罗涅日方面军当日上午即占领了德军主要防御地带。
困兽犹斗的德军把大量航空兵投入被突破地段，意欲阻止苏军的进攻。其轰炸机主要以小编队活动，重点突击苏军进攻的步兵和坦克。但每次袭击都遇上了苏军歼击机的猛烈拦截，纷纷败下阵来。在强有力的空中掩护下，沃罗涅日方面军的坦克集团军很快突破了德军防御，到8月3日夜已向前推进了26公里。草原方面军部队也突破敌防线，楔入7～9公里。
8月5日，草原方面军部队首先解放了别耳哥罗德，并向哈尔科夫防线外围逼近。几日后，沃罗涅日方面军也将德军别耳哥德—哈尔科夫集团军拦腰切成两段。
德军急忙把预备队从其他地段调往哈尔科夫一带。苏军空中侦察机及时发现了德军的调动，苏军也采取了果断的措施，调来大批航空兵给予打击。南方面军空军第8集团军第一个投入对德军预备队的战斗，其轰炸机向调往哈尔科夫地区的敌坦克兵团和摩托化兵团发起猛烈攻击。空军第17、第5和第2集团军的轰炸机和强击机也先后参战。它们成功地袭击了沿线许多铁路车站，消灭了行进途中的许多军列和汽车纵队。
由于苏联陆军和空军协调一致的行动，德军的反突击一直未获成功。空军第2集团军的飞行员几天中就消灭了德军数十辆坦克、数百辆汽车，以及几个火炮和追击炮连。德军损失惨重，被迫退却。
当沃罗涅日方面军正在抗击德军的反突击的同时，草原方面军又于8月18日突破了哈尔科夫外围防线，对敌构成三面合围态势。德军弃城出逃，苏军立刻派出空军第5集团军几乎全部兵力进行阻截。仅8月21日至22日，苏军就出动1300架次，击毁、击伤坦克多辆、汽车上百辆。
总之，在别耳哥罗德一哈尔科夫方向的反攻中，苏联航空兵共出动飞机28265架次，为陆军部队完成任务创造了很好的条件。
自7月12日开始，苏军的反攻便一浪高过一浪，蓄势已久的苏军投入了大批的预备队，使得库尔斯克一带的苏军累计兵力多达264万人、火炮5万多门、坦克8200辆，飞机也多达6950架。连日来德军也对库尔斯克增援，一共投入了15万余人，16万门火炮以及5000辆坦克、5000架飞机。
7月13日，希特勒紧急召回克鲁格和曼斯坦因两位前线总指挥，在一番商议后，克鲁格兵团撤出苏联前线，用于防守英美盟军在意大利的新攻势。最终，希特勒只同意让曼斯坦因单独继续作战。曼斯坦因也认为自己军队已到了胜利的边缘，只要继续努力就一定能消灭南部苏军主力。
然而，曼斯坦因这次可能误判了战况。苏军不仅拥有超过他想象的预备队，同时也已经准备进攻南部德军的右侧面，该地面仅有少数德军防守而已。但由于曼斯坦因的顽强作战，严重打击了南线的苏军，许多苏军部队一直等到8月3日才发动反攻。
在北部的奥寥尔方面，苏军以第11近卫坦克军团为主，向德军名将摩德尔的第2装甲军团的阵地突破，其火炮的密度达到每公里150～200门，坦克密度也达到每公里15～20辆。尽管苏军此次反攻规模堪称世界之最，他们却仍然无法重演斯大林格勒的大包围。摩德尔利用数道预备好的防线，巧妙地迟滞苏军的攻势，从容地将德军撤出了奥寥尔。
苏军用在奥寥尔的兵力达到128万人，此外还有2万门火炮及2400辆坦克、2000架飞机。德军方面，摩德尔除了49万部队外，还有1000辆坦克及1000架飞机。直到8月5日苏军才终于收复奥廖尔，此时大部分的德军已安全撤退到下一道防线。而在南部战线，希特勒于7月17日又撤出了33装甲军前往意大利。曼斯坦因虽然非常不愿意，但也无可奈何。最后南部战线只好改攻为守，苏军乘机展开了全面反攻。
库尔斯克战役中被俘的德军士兵通过莫斯科。最后，长达2个多月的库尔斯克战役以苏军大胜、德军惨败而告结束。它不仅演出了一场世纪坦克大会战，而且也是苏德空战的一个转折点。整个战争中，德军损失坦克近2000辆，飞机损失更达2000多架。经库尔斯克一役后，德军元气大伤，再也无力阻止苏军前进。不过德军的防御仍然可圈可点，减缓了苏军的前进。在战争进入尾声时，苏军又于8月23日夺回了哈尔科夫。但直到11月6日，苏军才进入基辅，接着光复了整个乌克兰。往后，整个东线就是苏军不停地进攻，德军不断地防御，直到苏军攻入柏林为止。
在这次史无前例的大规模战役中，苏德双方皆动员了上百万的士兵以及数以千计飞机，尤其令人注目的是双方共投入了4000辆坦克展开铁甲对攻，堪称“世纪坦克之战”。在这场历史上最大的坦克大会战中，德军耗尽了几乎全部的坦克师。与此同时，双方空军作战之惨烈也是历次战争中绝无仅有的。在经过十多天的血战后，希特勒的东线扩张野心被重重地打上了休止符。
