“堡垒”战役
1943年初，苏军在斯大林格勒战役中取得了决定性胜利后，乘胜进攻，收复大量失地，但德军在败退过城中，南方集团军群司令曼施坦因元帅也开始计划向苏军反扑。曼施坦因主动放弃了一些重要据点，诱使苏军深入。苏军的进攻战线越拉越长，而德军却趁机完成了兵力的集结。
2月19日，曼施坦因指挥德国南方集团军群向苏联西南方面军发起反击，到3月2日，西南方面军遭受重创，其第5集团军被毁灭，3月6日，德军开始向哈尔科夫进攻，没用几天就把一个月前丢失的哈尔科夫重新攻占。苏军被迫退守库尔斯克南面的奥博扬地区。为防止战线的彻底崩溃，斯大林把列宁格勒附近的第1坦克集团军南调，第21和第64集团军也被从斯大林格勒调过来，这样才使战线恢复稳定。
哈尔科夫战役的胜利让德军重新恢复了信心，曼施坦因希望通过一次主动进攻来歼灭苏军。苏军在库尔斯克地区的突出部位自然成为首选攻击目标。这个突出部位的形成，是曼施坦因上次反击造成的后果。苏联中央方面军和沃罗涅日方面军陷入突出部位内。在其南部，曼施坦因的南方集团军群控制了别尔哥罗德地区。在其北部，德国中央集团军群控制了奥廖尔一带。
这个突出部位正面长约400千米，而底部却不到110千米，就像一个拳头从苏军的战线中延伸出来。德军统帅部认为，这是一个非常好的进攻机会，他们可以在这里包围和歼灭进行防御的苏军。这次战役如果获得成功，将缩短德军的战线，使德军部队的机动性大大增加。
希特勒对这个作战计划是犹豫的，因为库尔斯克的进攻将使坦克遭受很大损失。4月15日，他终于下定最后决心，发出了第6号作战命令。命令指出，“中央”和“南方”两个集团军群从4月28日起即应做好准备，发起对库尔斯克突出部的进攻，作战代号为“堡垒”。
“堡垒”作战按计划应于5月4日发动，但后来一再延期，最后被确定在7月5日发动。希特勒对这次战役十分看重，他在作战命令中指出：“这次进攻意义重大，必须速战取胜……有鉴于此，一切准备措施均须严密周全，全力以赴实现之。在各主要突击方向上应使用最精锐的兵团、最精良的武器、最优秀的指挥官和大量的弹药。每个指挥官、每个列兵都应深刻认识到这次进攻的决定性意义。库尔斯克之胜利应成为照亮全世界的一支火炬。”
为保证进攻的顺利进行，德军集中了强大的兵力：50个精锐师，其中有16个坦克师和摩托化师。被称为德军之“花”的“阿道夫·希特勒”坦克师、“骷髅”坦克师、“帝国”坦克师、“大日耳曼”摩托化师等都包括在内。
集中在库尔斯克方向上的德军共有90万人，1万门火炮和迫击炮，2700辆坦克和强击火炮，2000多架飞机，还有各种新式武器，如重约56吨的“虎式”和重约45吨的“豹式”坦克、“费迪南式”强击火炮等。
当德军为“堡垒”计划作准备时，苏军也在思考下一步的行动计划。沃罗涅什方面军司令瓦图京主张先发制人，发起进攻，打乱德军的进攻准备并夺回战略主动权。朱可夫、华西列夫斯基等人则认为苏军应先保持防御状态，利用坚强的防御摧毁德军的装甲兵力，然后再发起进攻。此时情报部门取得了大量材料，苏军统帅部根据情报判断敌人准备在库尔斯克地区发动强大攻势。于是朱可夫的计划被采纳，4月12日开始，苏军开始在库尔斯克转入了积极的防御准备。
苏军在库尔斯克地区集中了强大的兵力，修筑了坚固的防御工事，并准备了大部队进行反攻。
担任主要作战任务的是罗科索夫斯基指挥的中央方面军和瓦杜丁指挥的沃罗涅什方面军，两军共有133.6万人，1.9万门火炮和迫击炮，3400辆坦克和自行火炮，约2200架飞机。另外，科涅夫指挥的草原方面军布置在库尔斯克突出部的后方，作为战略预备队。
在前沿阵地，苏军精心地设计他们的防御，构筑了数道防线，防御纵深超过160千米，整个防御体系由大量互相紧密配合的战壕、铁丝网、反坦克火力点和反坦克沟壕以及雷区组成，在德军最可能的进攻方向上，聚集了大量的兵力和火力。
德军坦克穿过开阔地带向库尔斯克进发。
为夺取整个战线的制空权，根据苏军最高统帅部的命令，苏联空军在5、6两个月主动出击，炸毁敌军机场，使其遭受重大损失。
除此之外，最高统帅部下属的游击运动中央司令部，命令敌后游击队开展积极活动，破坏敌人的交通，使其后勤供应陷于瘫痪。
苏军在党的政治思想工作上也下了很大工夫。苏共中央的许多负责人都参加了苏军总政治部的宣传鼓动工作。他们用反法西斯战争的正义性和崇高的爱国主义精神鼓舞广大指战员的斗志和必胜的信心。
双方都在紧锣密鼓地备战，但两个月来前线一直显得十分平静，一个个被认为德军可能发动进攻的日子都平安地渡过了。
7月份，恶战似乎临近了。7月2日，苏军最高统帅部通知各集团军和方面军司令部，德军有可能于近日内发起进攻。7月3日，德军投诚者称，敌人已在做最后的准备。暴风雨即将来临。
大炮与战斗机齐鸣
7月4日夜，在突出部位南部的苏联近卫第6集团军捕获了德军第168步兵师的一个士兵，他供认德军即将在第二天开始进攻，7月5日凌晨，在突出部位北部的苏第13集团军俘虏了一个德军第6步兵师的中士，他也供认德军将在几小时之后发动进攻。苏联方面得知，德军确定于凌晨3时发起进攻。
为了打乱德军进攻步骤，朱可夫于5日2时20分下令，向德军阵地实施炮火反准备。苏联中央方面军和沃罗涅什方面军对德军的战斗队所进行的猛烈炮击，使敌人大为惊愕，造成了很大损失。
德军的进攻计划被迫向后推迟3个小时。6时整，在一阵猛烈的炮火急袭之后，德南方集团军群的第4装甲集团军根据预定计划发动进攻，在损失36辆坦克后，德军艰难地越过了苏军的反坦克雷区，猛攻苏第67近卫步兵师的防线。
面对敌人的疯狂进攻，苏联集团军的各部队发扬了集体英雄主义精神。加格卡耶夫上尉指挥的、由共青团员组成的反坦克炮兵连，在交战的最初几天就立下了不朽的功勋。他们一直战斗到最后一人，加格卡耶夫牺牲后，被追赠苏联英雄称号。一辆苏军坦克在激战中两次扑灭了车上的火焰，第3次被击燃时，已经无法灭火了，于是英勇的坦克手们就用燃烧的坦克去撞德军一辆重型坦克。
德军的进攻比预计的要猛烈得多。面对德军3个师的进攻，苏第67近卫步兵师被迫后退，瓦图京把方面军预备队调了过来，以期能把德军挡在第二道防线外。但德军还是撕开了苏军的第二道防线，并强渡了佩纳河。瓦图京被迫取消了原定于7月6日的反攻，而将计划用于反攻的第1坦克集团军的部分坦克布置在防线后方以支援步兵进行防守。
6日傍晚，瓦图京向华西列夫斯基请求增援，后者立即把草原方面军第5近卫集团军的第2和第10坦克军353辆坦克调往沃罗涅什方面军。斯大林亲自给瓦图京打来电话，要求他不惜一切代价，阻止德军在库尔斯克突出部南部的突破。
德军在7日的战斗中只向前推进了数千米，未能突破苏军防线。翌日，德军继续进行顽强的进攻。瓦图京则在计划反攻，为此他请求将草原方面军的第5近卫坦克集团军和第5近卫集团军调给他指挥，最高统帅部很快批准了他的请求，但部队要在几天之后才能到达。
7月9日，瓦图京指挥部队继续在正面抵挡德军向奥博扬推进，同时在两翼连续发动反击，虽然反击每次都遭到失败，但却使德军无法全力攻击他们的主要目标。在奥博扬方向上，苏、德双方共投入1400辆坦克，2000多门火炮，500多架飞机。交战的规模超出了人们的想象。无数的坦克、火炮和飞机堆积成了废铁山。成千上万发炮弹、炸弹同时爆炸，烟尘迷漫，火焰冲天。
德第4装甲集团军司令霍斯将军见正面战场无法突破，决定先从右翼突破，他命令第2党卫装甲军转向东北的普罗霍罗夫卡。接下来的两天里，德军的进攻比较顺利，攻到了普罗霍罗夫卡城下。
7月12日，库尔斯克会战的**——普罗霍罗夫卡坦克大战上演了。战斗在清晨打响，苏德双方几乎同时发动进攻。开始时，由于德军“虎式”坦克的88毫米炮优势明显，而苏军T-34坦克的76毫米炮在同等距离下无法对德军造成威胁，于是苏军坦克开足马力以最高速度冲向德军。在冲锋中，苏军坦克付出了惨重代价。当双方接近后，战斗变得异常惨烈，一辆又一辆坦克被摧毁。在被毁的坦克旁，步兵仍在互相射击，甚至展开肉搏。战斗一直持续到傍晚，因双方都精疲力竭才停了下来。
当时任苏联近卫坦克第5集团军司令员的罗特米斯特罗夫回忆道：“战场上，各种摩托不停地隆隆作响，履带声嘎嘎刺耳，炮弹飞鸣，直到深夜。数百辆坦克和自行火炮在燃烧。
尘土弥漫，烟雾蔽天……的确，1943年7月12日是个历史性的日子。这一天苏联军人表现出空前的英雄主义，建立了不朽的功勋。在残酷的坦克战中，他们重创德国法西斯侵略军的突击集群，迫使其转入防御。”
在这天的坦克大战中，德军虽然以相对较小的损失，摧毁了更多的苏军坦克。但结果却是他们失败了，因为德军未能攻占普罗霍罗夫卡，随后源源赶到的苏军援兵建立起更加坚固的防线。7月12日大战使德军损失了大量兵员和400辆坦克，这一战的失败意味着德军从南面攻入库尔斯克的企图已不可能。
解放奥廖尔
在北线，7月5日凌晨，苏军的炮击同样使德军的进攻比计划向后推迟了，两个半小时后，德第9集团军开始了进攻。
战斗从5日进行到8日，德军虽给苏军造成很大损失，但苏军依靠数量上的优势，坚守住了阵地。德军企图夺取交通枢纽波内里，战斗异常激烈，德军数次攻入市区，但都被顽强的苏军赶了出来，最后才以惨重的代价占领了大半个波内里，但苏军仍控制着市内一些重要据点，使德军无法继续推进。
7月9日，300辆德军坦克向苏军阵地发动了最后一次进攻，结果依旧是一无所获，此时德第9集团军的攻击能量已耗尽，被迫在10日转入防御。
7月13日，希特勒把中央集团军群司令克鲁格和南方集团军群司令曼施坦因召到设在东普鲁士的大本营。会上，中央集团军群司令克鲁格认为，由于遭受的损失和苏联人已经开始的反攻，他的军队已不能继续前进。
但曼施坦因坚持认为，现在若停止作战，那也许就意味着放弃胜利。他说：“最近几天，敌人几乎把所有的战役预备队都投入了战斗，在顺利地打退敌人的进攻以后，胜利已经在望了。”
最后曼施坦因的观点占了上风。会议决定，南方集团军群的突击集群继续向库尔斯克进攻，中央集团军群转入防御，并在现已占有的阵地上挡住苏军的进攻。然而几天之后，曼施坦因继续进攻的计划没有顺利实现，他的军队被迫回到原来发动进攻的阵地上。
此时库尔斯克北部的局势日益恶化，这促使希特勒最终取消了进攻，德军于7月17日开始后撤，到23日，双方基本恢复了交战前的态势。
当德军的攻势被阻止后，苏军决定于12日发动进攻，并以打败拿破仑入侵的俄国元帅“库图佐夫”的名字作为战役的代号。苏军的进攻首先在库尔斯克北部发起。
在库尔斯克北面的奥廖尔方向上，德军转入防御的部队约有37个师，其中有8个坦克师和2个摩托化师，总共约近60万人，7000多门火炮和迫击炮，1200辆坦克和强击火炮，1100架飞机。
而发起反攻的苏联部队，有西方方面军左翼、布良斯克方面军和中央方面军,共128万多人，2.1万多门火炮和迫击炮，2400辆坦克和自行火炮，3000多架飞机。苏军在兵员和兵器方面全部占有优势。
12日凌晨，苏军向奥廖尔突出部的德军阵地实施了长达两个多小时的炮击，随后苏联西方方面军左翼部队和布良斯克方面军各部队在奥廖尔方向上发起进攻。德军则进行着顽强的抵抗，给苏军造成重大伤亡。
德军在奥廖尔地域广泛构筑了野战工事，并以工程障碍物和地雷场加以掩护。堑壕和交通壕四通八达，构成坚固的防御地带。为了守住奥廖尔地域，德军不惜一切代价不断调去新的增援部队。从7月12日至18日的7天内，共调去7个坦克师、1个摩托化师和4个步兵师。
苏军最高统帅部根据发展攻势，决定将战略预备队投入作战，调遣第3、4两个坦克集团军和第11集团军增援前线，战场从此发生了有利于苏军的变化。
在大战的最后阶段，苏联空军完全控制了制空权，法国“诺曼底”航空大队也在库尔斯克上空与苏联空军并肩作战。面对兵力和坦克都占优势的苏军，德国第9集团军司令莫德尔意识到失去奥廖尔只是时间问题。7月16日，莫德尔向希特勒请求放弃奥廖尔，将德军后撤至“哈根”防线，但被希特勒拒绝了。
1943年7月10日，美、英军队在西西里岛登陆。到了7月25日，墨索里尼下台，意大利退出战争的迹象已经十分明显。希特勒开始面临东西线作战，他需要从东线抽调兵力去意大利，而奥廖尔突出部位的德军也面临被苏军合围的危险。希特勒最终同意弃守奥廖尔，把第2党卫装甲军调去稳定意大利的局势。
7月31日德军向布良斯克方向的“哈根”防线撤退，德军在撤退途中实行残酷的焦土政策，要把奥廖尔地区变成废墟，掳走居民，毁掉庄稼，运走所有的物资。
苏联航空兵不断猛烈袭击撤退的敌军纵队。8月1日至5日，苏联空军第15、16集团军出动飞机9800架次，轰炸希特勒军队撤退路线上的铁路列车、道路交叉点、桥梁、渡口和运货的汽车队。苏联飞机空袭过后，路上布满了敌军官兵的尸体以及炸毁的汽车、坦克和各种技术兵器。
8月5日苏军攻克了奥廖尔。城内居民兴高采烈地欢迎解放者。同一天，南部的别尔哥罗德也获得解放。当天午夜12时，在苏联首都莫斯科，由最高统帅斯大林倡议，120门火炮齐鸣12响，庆祝苏军这一伟大的胜利。鸣放礼炮庆祝胜利从此成为一个传统。
苏军在奥廖尔方向上乘胜前进，至16日苏军的进攻基本结束，18日进抵敌人预先准备好的防御地区，即所谓“哈根”防线，战线逐步稳定了下来。
从7月12日到8月18日，苏军对奥廖尔的反攻持续了37天，向西推进了150千米，击溃敌军15个师，歼敌20万人，坦克1044辆，火炮2402门，拉平了库尔斯克防线，但却未能完成战前制定的合围并歼灭德中央集团军群的计划，同时苏军的损失也是巨大的，伤亡429890人，损失坦克2586辆，火炮892门，飞机1104架。
德军在哈尔科夫实施反突击。
进军哈尔科夫
在南线，苏军的反攻确定在8月3日，以七年战争中俄国名将鲁缅采夫的名字为作战代号。进攻的苏军总计有90万人和2800多辆坦克和自行火炮。而这个方向上的德军只有18个师，其中有4个坦克师，总兵力约30万人。苏军拥有绝对优势。
8月3日，沃罗涅什方面军和草原方面军，在西南方面军的协同下，对别尔哥罗德—哈尔科夫方向上的德军发起反攻。
凌晨5点，苏军近万门大炮齐鸣，炮弹如雨点般倾泻到德军阵地上，炮击持续了两个多小时，最后以一阵喀秋莎火箭炮的齐射作为结束。随后坦克和步兵开始发起攻击，在炮击中幸存的德国士兵无力阻挡苏军的坦克，第一道防线很快被突破。经过一天的战斗苏军各突击集团平均向德军纵深推进了10～15千米。
在随后几天里，德军的防守异常地顽强，苏军的坦克虽然继续向前突破，但步兵却被德军缠住，进展缓慢。至8月5日苏第1坦克集团军攻占鲍里索夫卡，切断了德第255、第332步兵师和第19装甲师的退路。德军已面临被包围的危险，但仍然拼死抵抗，他们的顽强抵抗为曼斯坦因将德军主力从别尔哥罗德撤往哈尔科夫争取了时间。
8月5日傍晚，苏军解放了别尔哥罗德。苏军继续进攻，目标是乌克兰第二大城市哈尔科夫。
在6、7两日，苏军坦克队大踏步前进，跟随在后面的步兵忙于清除被包围的德军，两者逐渐脱节。曼施坦因希望抓住苏军这个弱点，开始在撤退中有计划地集结兵力，等苏军攻势结束时，实施反击。苏军方面对形势判断过于乐观，瓦图京认为德军已接近崩溃，命令前线坦克部队继续进攻，切断哈尔科夫至波尔塔瓦的铁路线，阻止德军逃脱。
8月11日，德军的集结工作准备完毕，并补充了充足的弹药和燃料，开始反攻。由于苏军各部队之间分散很广，步兵和炮兵被落在后方，且弹药和燃料都已严重不足，苏军遭到近乎致命的打击。11日晚苏第1坦克集团军的第49坦克旅和第17坦克团被德军围歼，只因第5近卫坦克集团军的及时赶到才避免了第1坦克集团军的全军覆灭。14日，苏第6近卫集团军的第6坦克军被德军包围遭到惨败。在德军的进攻下，苏军被迫后退。
苏军在数量和规模上的优势起到了关键性的作用，他们虽然遭到重创，但很快又恢复了进攻。19日苏军攻抵哈尔科夫西面的乌德河北岸，并于20日强渡乌德河，在南岸建立了桥头堡。
德军统帅部特别重视哈尔科夫工业区和城市本身的防御。希特勒要求“南方”集团军群在任何情况下都要守住哈尔科夫。德军利用“虎式”坦克和“费迪南式”强击火炮，不断实施反突击。苏军突破敌人的猛烈抵抗，紧逼哈尔科夫外围环形防线，并从东面和东南面进抵哈尔科夫近郊。攻打哈尔科夫的战斗异常激烈，强大的苏第5近卫坦克集团军最后只剩下了50辆坦克。
8月22日下午，苏军地面和空中侦察发现哈尔科夫的敌军有撤退迹象。于是草原方面军司令员、苏联元帅科涅夫发出夜间强攻哈尔科夫的命令，不给敌人逃脱打击的机会。
22日晚，苏第53集团军率先攻入城内。第53、69集团军、近卫第7集团军、第57集团军和第5近卫坦克集团军的指战员，勇猛顽强，巧妙地绕过敌军支援点，深入敌军防御，从后方攻击敌军守备部队。当夜，市内展开巷战，大火弥漫，巨大的爆炸声不绝于耳。
德军开始全面撤出哈尔科夫，退向第聂伯河的防线。8月23日，城里枪炮声逐渐平息下来，苏军了收复哈尔科夫。别尔哥罗德—哈尔科夫战役中，苏军歼敌约20万人，自身损失也很惨重，士兵伤亡255566人，损失坦克1864辆，火炮423门，飞机153架。
苏军在别尔哥罗德—哈尔科夫方向上的胜利，标志着库尔斯克会战的结束。库尔斯克会战是是第二次世界大战中规模最大的坦克战。无论就其规模、激烈程度还是战果而言，它都是第二次世界大战中最大的会战之一。斯大林说：“如果说斯大林格勒附近的会战，预告了德国法西斯军队的覆灭，那么，库尔斯克附近的会战就使得他们已经处于覆灭的边缘。”