在曼施泰因對哈爾科夫的反攻結束後，蘇軍的陣腳逐漸穩固，形成了一個以庫爾斯克為中心的非常重要的突出部。希特勒斷定，這是消滅該地區的兩個蘇聯方面軍（中央方面軍和沃羅涅日方面軍）的絕好機會。
在曼施泰因的反攻行動結束後，蘇軍戰線上形成了一個以庫爾斯克為中心的突出部。希特勒認定這是消滅該地區的兩個蘇聯方面軍（中央方面軍和沃羅涅日方面軍）的大好時機，於是擬定了戰爭史上最大規模的庫爾斯克坦克會戰計劃。
希特勒認為，德軍在史達林格勒戰役之後遭遇的許多問題，主要是由於缺乏有效對付蘇軍T-34型坦克的裝甲部隊。但是，希特勒本人仍然比較樂觀，德國已經研製出了兩種新型坦克——「豹」式坦克和更大型的「虎」式坦克。他認為，這兩種坦克對於德軍的進攻行動至關重要，如果在庫爾斯克地區投入足夠的新型坦克，必將贏得戰役的勝利。同時，他還提出了一個更為有利的事實，越來越多的自行火炮即將下線，作為德軍進攻戰術不可或缺的一部分，自行火炮將為德國陸軍的進攻行動提供必要的支援。這一觀點的合理性的確值得懷疑，但希特勒無視下屬們的任何建議，堅持自己的既定方針。
然而，希特勒忽略了一個非常重要的事實，即使「豹」式、「虎」式坦克以及自行火炮能夠按時下線，也無法保證其產量能夠滿足戰勝蘇軍的需求。為此，希特勒不得不採取冒險行動，將進攻計劃推遲至生產出足夠數量的坦克和自行火炮之時。進攻行動的推遲，使剛剛結束了冬季攻勢的蘇軍贏得了恢復並增強實力的時間。這就意味著，即使德軍擁有了希特勒寄予厚望的新式武器，要想取得突破也將困難重重。
1943年5月初，希特勒把自己打算發起進攻的想法告訴了將軍們，但並沒有得到他們的熱烈響應。當然，他們詢問是否擁有發動此次冒險進攻的戰鬥資源，明確表示希望希特勒推遲進攻，等待新型坦克裝備部隊。德軍將領們非常清楚，蘇軍考慮到庫爾斯克是其防線上的一個明顯薄弱環節，肯定會在其附近修建更加堅固的防禦設施。隨著德軍一天天地壯大，蘇軍也在逐步壯大。每每聽到這些，希特勒都簡單野蠻地予以否定。有人向他提出大量可供選擇的方案，試圖維持德軍的陣地，但希特勒還是固執己見。德軍裝甲部隊的海因茨·古德裡安將軍堅決反對任何向庫爾斯克周邊蘇軍發起進攻的想法。
古德裡安將軍清楚地認識到，軸心國在北非即將全面崩潰，困守突尼西亞的大批德軍必將被殲滅，無法派往其他地方作戰。他同時認為，一旦北非淪陷，同盟國必將考慮在西歐開闢第二戰場，屆時德軍將被迫同時在東西兩線與盟軍開戰。同盟國雖然在戰爭中付出了很大的代價，但仍然有能力在一夜之間獲得數量龐大的裝備。
古德裡安認為，這種極度危險的戰略形勢表明，對蘇軍發動任何進攻都將於事無補。他進一步強調指出，希特勒寄予厚望的「豹」式和「虎」式坦克應當保留起來用於對付西線的盟軍部隊，而不應在東線集結大量的裝甲部隊發動另一場消耗戰。他認為，對於德軍來說，一種理智的做法應當是在蘇聯境內保持防守態勢，不要發起任何的冒險進攻。希特勒雖然聽取了古德裡安的報告，但並沒有採納，反而加緊實行這項進攻計劃，將德軍投入一場巨大的消耗戰之中。
蘇軍不斷提升的情報搜集能力，使得德軍陷入了更為不利的境地。與戰爭初期遭到德軍的突然攻擊相比，到了1943年5月，蘇軍已經能夠很好地洞悉德軍的意圖了。事實上，早在一些德軍將領獲知實情之前，朱可夫將軍可能已獲得了足夠的情報，知道德軍將在庫爾斯克發動另一場進攻戰役。毫不吃驚地，朱可夫將軍採取了必要行動，確保他的部隊在進攻之前做好準備。
「堡壘」行動
作為防禦準備的一部分，朱可夫從其他方面軍抽調了部分部隊加強突出部的防禦力量，同時還擬定了反擊計劃，決定等到德軍開始進攻後，沿著整個南部戰線對敵人實施大規模的反攻。至7月初，德軍在突出部周邊集結了近3000輛坦克和大批自行火炮。就在德軍集結兵力的同時，蘇軍也在悄無聲息地進行戰爭準備，構築了一系列堅固的防禦陣地。4—7月，蘇軍先後構築了7道防線。朱可夫在德軍主力部隊的對面準備了大量的預備隊，確保德軍向蘇軍防線發起進攻時不會立即產生決定性後果。除了當面的7道主要防線外，蘇軍還在突出部後方建立了另外一道縱深防線，進一步防範德軍的突破。
1943年7月初，德軍在庫爾斯克突出部集結約3000輛坦克和突擊炮。蘇軍清楚地意識到進攻即將來臨，他們構築了令人無法想像的堅固防禦陣地。蘇軍在德軍對面部署了5000輛坦克和200萬部隊，使之成為軍事史上最大規模的戰役之一。
7月初，蘇軍在德軍對面集結了大批兵力，坦克3300多輛，兵員100多萬。與此同時，另有600輛坦克和38萬兵員作為預備隊。然而，上述的3900輛坦克和138萬兵員遠遠不能代表蘇軍的全部防守實力，而只是對付進攻的戰術層次的防禦力量。在庫爾斯克突出部的後方，蘇軍還預置了1500輛坦克和50萬兵員，隨時準備投入戰鬥。此外，一個對德軍更為不利的情況是：數量佔優的蘇聯空軍部隊（嚴格地講，應稱為方面軍空軍），隨時可以為阻擊德軍進攻的地面部隊提供直接空中支援。
1943年7月，納粹黨衛軍「骷髏」師士兵向庫爾斯克前線開進。雙方在大部隊集結完畢後，進行了一場異常殘酷的戰鬥，均遭受了巨大損失。相比較而言，蘇軍有能力承受這些損失，而德軍則不然。
就這樣，希特勒在準備發起他所謂的「決定性進攻」之際，面臨著數量上佔據絕對優勢的蘇軍，以及他們構建的極其堅固的防禦陣地。在戰鬥中，德軍勢必付出巨大的代價來突破它們。與此同時，蘇軍大批預備隊隨時可以提供支援。因此，擺在希特勒面前的並非一場即將來臨的決定性勝利，而是一場空前嚴重的災害。
激烈廝殺
7月4日，德國南方集團軍群採取了一系列的準備措施，以確保「堡壘」行動發起地段的安全。次日凌晨4時30分，德軍在預定進攻時間內對蘇軍中央方面軍陣地實施了全線炮擊，同時，德國空軍也轟炸了沃羅涅日方面軍的陣地。凌晨5時剛過，蘇軍前沿陣地向後方首次報告稱，已經遭到德軍坦克和步兵的進攻。德軍第4裝甲集團軍出動700輛坦克，向蘇軍近衛第6集團軍防線發起攻擊。在大部分地段，德軍坦克的進攻密度達到每千米40～50輛，在有些地段甚至達到了100輛左右。
這名德國軍士手裡提著兩枚地雷，腰裡別著一枚手榴彈以及一把防身用的手槍。德軍在前線埋設了大量的地雷，用來殺傷蘇軍坦克，破壞其進攻隊形，最大限度地削弱敵軍的戰鬥力。
德軍設法向蘇軍縱深地帶推進了4～6英裡。在羅科索夫斯基將軍的請求下，史達林同意第27集團軍開赴前線實施增援。然而，形勢明朗後發現，沃羅涅日方面軍的處境比中央方面軍更加嚴峻。於是，史達林收回了增援命令，改派第27集團軍增援沃羅涅日方面軍。7月6日18時之前，參戰雙方不斷地向戰場投入人員和裝備，參戰的裝甲部隊數量達到了前所未有的規模，總數多達200支以上。其中，蘇軍共出動坦克大約4000輛，德軍出動坦克3000輛。此外，雙方還出動了大量的自行火炮。在慘烈的戰鬥中，蘇聯最高統帥部估計，僅在戰役打響的第一天，德軍就有600多輛坦克被摧毀或者失去了戰鬥能力。
就在德軍發起進攻後不久，蘇軍隨即實施了反擊。但是，德軍還是取得了一些進展。7月7日清晨，德軍開始威脅奧利霍瓦特卡附近的高地，試圖奪取整個戰場的主動權。羅科索夫斯基將軍立即對該地段實施增援，德軍的進攻受到反坦克武器、地雷、裝甲車和火炮的阻擊，戰鬥異常激烈，雙方都付出了慘重的代價。
7月10日，經過5天的戰鬥，德軍開始重新進行戰鬥編組。戰役的高潮即將來臨。儘管德軍已經突入奧博揚方向近20英裡，但始終無法推進到預定的縱深地帶。德軍的進攻方向也開始向普羅霍羅夫卡方向轉移。這座村莊的最顯著特徵是村內有一座火車站。24小時後，在普羅霍羅夫卡爆發了史無前例的坦克大會戰。
高潮
為了對付德軍的機動部隊，消除普羅霍羅夫卡村面臨的不斷增大的威脅，蘇軍隨即向沃羅涅日方面軍增派了裝甲車輛和人員，增援部隊立即進入阻擊陣地。如果普羅霍羅夫卡被德軍突破，整個蘇軍防線就可能崩潰。但是，瓦杜丁將軍清楚地認識到，截至目前，德軍已在戰鬥中付出了巨大的人員傷亡，因此，他們要想對普羅霍羅夫卡發起進攻，必須從側翼抽調部隊進行支援。而德軍側翼兵力的削弱，將為蘇軍提供絕好的反擊機會，也將有助於蘇軍實現合圍德軍的目標。
庫爾斯克戰役打響的當天夜間，德軍設法向前推進了大約7英裡。7月11日，德國黨衛軍第2裝甲軍已抵近至普羅霍羅夫卡，這座小村莊很快將成為有史以來最大規模的坦克會戰戰場。蘇軍指揮官瓦杜丁將軍斷定，德軍將從普羅霍羅夫卡發起攻擊，隨即加強了該地段的防禦兵力。7月12日，蘇德雙方在此發生了激烈的坦克會戰，共投入坦克1000餘輛進行殊死廝殺。經過36個小時的鏖戰，德軍被迫停止進攻。
7月11日拂曉，德軍開始進攻普羅霍羅夫卡和奧博揚，德軍3個黨衛軍師和蘇軍第5近衛坦克集團軍之間發生了大規模戰鬥。夜幕降臨時分，普羅霍羅夫卡進攻戰陷入了僵局。蘇軍為了減輕普羅霍羅夫卡方向的壓力，及時向北部的奧廖爾突出部發起了進攻，主要的戰鬥仍然在普羅霍羅夫卡村周邊地區進行。蘇軍近衛坦克第5集團軍再次投入火線，主動發起了反擊行動。緊接著，雙方再度展開了傷亡慘重的激戰。德軍在戰鬥中損失了300輛坦克（其中包括70輛「虎」式坦克），蘇軍近衛坦克第5集團軍將近一半的坦克被擊毀。儘管付出了巨大的代價，但蘇軍最終實現了自己的目標：德軍的進攻被擊退，蘇軍手中仍然握有預備隊，隨時可以投入戰鬥。
德軍堅持進攻了3天，但在普羅霍羅夫卡村，他們顯然無法取得預期的突破，也無法繞過該地段。至此，進攻行動宣告結束，因為其他戰區的形勢發展吸引了希特勒的注意力。
7月10日，美英部隊在西西里島成功登陸。很明顯，盟軍下一步的意圖是進攻義大利本土。希特勒擔心一旦同盟國部隊登陸義大利本土，義大利政府很快將會向盟國投降。他認為，如今只有犧牲「堡壘」行動來加強西線德軍的防守力量，除此之外別無選擇。
希特勒下令從東線抽調部隊開赴西線戰場。很多時候，那些奉命西撤的部隊發現撤退時的情況非常複雜，他們必須首先設法從戰鬥中脫身，然後才能按照元首的指示向西撤退。由於希特勒的這道命令，德軍在庫爾斯克前線的兵力銳減，德軍部隊別無選擇，只能調頭向7月5日進攻的發起地實施戰鬥撤退。至此，無論從目的還是意圖而言，整個庫爾斯克戰役已經徹底結束。
結局
北部德軍部隊對庫爾斯克的地面進攻停頓後，蘇軍西方面軍（索科洛夫斯基上將）發起「庫圖佐夫」行動，對德軍第2裝甲集團軍發起了攻擊。由於德軍將注意力完全集中在進攻上，完全沒有料到會遭到蘇軍突然的襲擊，防線很快就被突破。很明顯，蘇軍即將切斷沃爾特·莫德爾將軍指揮的德國第9集團軍的運輸線。德軍被迫進行了激烈抵抗，最終阻止了蘇軍的進攻。然而，戰鬥到此遠遠沒有結束。
「庫圖佐夫」行動開始後不久，波波夫將軍指揮布良斯克方面軍向奧廖爾發起了進攻。奧廖爾是該地區重要的公路和鐵路樞紐，受到德軍的高度關注。經過一周的戰鬥，蘇軍攻克了奧廖爾，而後繼續向前推進。8月中旬，德軍已經無法繼續堅守在庫爾斯克突出部北翼的陣地，最終不得不放棄。
由於從庫爾斯克北面發起進攻的企圖已經落空，後撤的德軍開始在庫爾斯克以西75英裡處構築防禦陣地。南部地區的德軍也遭遇了同樣的失敗命運。科涅夫的草原方面軍和瓦杜丁的沃羅涅日方面軍對其發動了代號「魯緬採夫」行動的進攻，準備消滅突出部南側的德軍部隊，而後向別爾哥羅德和哈爾科夫推進。
蘇軍在庫爾斯克戰役結束後不久，於1943年8月初發動代號「魯緬採夫」的進攻行動，東線德軍遭受重大打擊。參戰的蘇軍部隊大約70萬人，幾乎是德軍的3倍。其後數月，蘇軍迅速向第聶伯河推進。1943年年底，蘇軍挺進到第聶伯河岸，隨時準備向日益虛弱的敵軍發起新一輪攻擊。
8月3日，當「魯緬採夫」行動開始之際，德軍再次遭到了蘇軍出其不意的攻擊。當時，儘管德軍準確地判斷出了草原方面軍和沃羅涅日方面軍在庫爾斯克會戰中遭到重創，卻低估了蘇軍向前線補給兵員的能力。因此，他們未對蘇軍的進攻做好準備。在遭到突然攻擊時，他們一個個驚訝得目瞪口呆。蘇軍突擊部隊在戰鬥初期取得相當大的戰果，第二天傍晚就收復了別爾哥羅德，而後繼續向博爾杜戈夫和哈爾科夫進軍。儘管德軍當即發起了反擊，但沒有任何效果。8月21日，哈爾科夫第四次也是最後一次易手。
就在「魯緬採夫」行動進行之際，羅科索夫斯基將軍的中央方面軍也從庫爾斯克周邊發起了攻擊。此外，南方面軍和西南方面軍也向德軍南方集團軍群發起了進攻。最終，1943年9月中旬，南方集團軍群被趕到了第聶伯河對岸。9月23日，蘇軍先頭部隊在河對岸建立了一處橋頭堡，主力部隊隨即抵近至戈麥爾與扎波羅熱亞之間的河岸地帶。
蘇軍官兵躍出戰壕衝向敵人。照片中趴在地上的那名士兵手中拿著的PPSh41型衝鋒鎗，有著一個71發子彈裝的鼓形彈匣。他身後不遠處的那名士兵端的是「圖卡列夫」自動步槍，蘇軍大多數部隊最初裝備的就是該型步槍。
蘇軍持續發起進攻行動。10月25日，蘇軍已經切斷了克裡米亞地區的德軍退路。德軍在克裡沃羅格地區再次進行了反擊，擊敗了部分蘇軍先頭部隊。然而，這已無法阻擋蘇軍向基輔推進的步伐。11月3日，蘇軍對基輔發起了攻擊。48小時之後，基輔再次回到蘇軍手中。隨著聖誕節的臨近，德軍手中只剩下了第聶伯河西岸的幾小塊地方，他們希望能夠堅守到蘇軍無力進攻時。然而，蘇軍並不打算在1943年剩餘的日子中有所鬆懈，他們決心在1943年結束之前再次給德軍以毀滅性打擊。