1943年初 蘇軍在斯大林格勒和高加索方向實施反攻的同時，也向南方工業區展開了反攻。蘇軍的反攻部隊中，有一個沃羅涅日方面軍，於2月的上旬和中旬相繼攻佔了庫爾斯克，別爾哥羅德和哈爾剋夫。
隨著冰雪消融，在蘇軍的反攻區域內，在庫爾斯克一帶，在初泛的春水中，到處漂浮著德軍士兵的屍體；僅幾個月德軍在蘇德戰場的南翼便折損了東線總兵力的四分之一。為此希特勒在柏林舉行了一次隆重的悼念儀式。
此時蘇德雙方南翼大體上沿莫斯科至黑海鐵路東西對峙，其中最不平靜的是鐵路中斷的奧廖爾、庫爾斯克、哈爾剋夫等地。希特勒決定向南翼再下重手。
3月16日，德軍重新佔領哈爾剋夫，並沿著鐵路線繼續向北邊的別爾哥羅德方向發展進攻。當德軍撲來時，為避其鋒芒，蘇軍主動後撤，但前面提到的沃羅涅日方面軍並沒有撤下來，結果在蘇軍防線上形成一個前凸的弧形，由於庫爾斯克市在弧形地帶內，後來被稱為“庫爾斯克弧形防線”。
斯大林命令朱可夫火速趕往南線，當朱可夫到達沃羅涅日方面軍時，時逢德軍剛剛佔領別爾哥羅德，這麼一來從哈爾科夫到別爾哥羅德的鐵路沿線完全被德軍控制。
善於捕捉戰機的德軍現在有一個極好的機會，這就是庫爾斯克弧形防線深深地契入德軍防線之中，在這個大鼓包裡有蘇軍的兩個方面軍，一個是中央方面軍，另一個是沃羅涅日方面軍。德軍只要順鐵路線南下或者北上，弧形防線內的蘇軍就被包圍了。4月15日希特勒發佈第6號作戰命令，決定德軍以中央集團軍群和南方集團軍群聯合發動一個鉗形攻勢以摧毀在庫爾斯克突出部的蘇聯軍隊，作戰代號為“堡壘”。
隨著作戰計劃的下達，德軍大量的調集著坦克，裝甲部隊的準備成了重頭戲。為了庫爾斯克弧形防線的決戰，德國抓緊了新型虎式坦克與豹式坦克的生產，同時向部隊大量配備斐迪南式自行火炮。在決戰地域德軍集結了總兵力達90萬人的50個師，並用29個師組成了南北兩大突擊集團，從北面進攻庫爾斯克的15個師，從南面突擊庫爾斯克的14個師，兩個突擊集團配備2700輛坦克。
為探明德軍發動進攻的日期，蘇軍進行了周密的空中偵查和諜報偵查，到6月底情況終於明朗，德軍將於近期內向庫爾斯克地域發動進攻。至6月30日蘇軍在庫爾斯克地域集結了三個方面軍，中央方面軍和沃羅涅日方面軍編制內共有兵力133萬人，配備有坦克和自行火炮3400輛，此外尚有作為總預備隊的草原方面軍。
經過兩年的交手雙方都摸清了對方的實力，瞭解了對方的戰術思想，仗打到這個程度上雙方拼的主要是國家資源與後勤補給了。
遼闊的原野靜悄悄的，這是決戰前特有的寧靜。但斯大林這時並不平靜，1941年的“巴巴羅薩”給他留下的創傷太深，蘇軍那次根本沒有頂住德軍突然發動的進攻，他唯恐重演那可怕的一幕，因此要求朱可夫在德軍發動進攻的檔口實施火力反準備，擾亂德軍的進攻計劃和節奏，但如何能夠把握敵人將要發動進攻的那一刻並非是一件容易的事情。蘇軍情報部門經反覆過偵查終於獲悉，德軍將於7月5日凌晨3時發動進攻。
7月5日凌晨2時距德軍進攻還有一小時，朱可夫下達了實施反準備的命令。蘇軍先敵打響，兩個方面軍共3000門火炮，在航空兵的協同下，實施了兩次各為30分鐘的火炮反準備。蘇軍的突然開火，完全出乎德軍的意料，結果德軍前沿炮兵和前沿通訊器材損失慘重，首次突擊力量遭到削弱，被迫將進攻延遲了三個小時。於7月5日早晨6時德軍發動了對庫爾斯克地域的全面進攻。德軍的目標很明確，按照“堡壘”計劃，進攻點在庫爾斯克防線的根部，庫爾斯克以南的德軍沿鐵路向北攻，庫爾斯克以北的德軍沿鐵路往南攻，企圖合圍弧形防線內的蘇軍。
在庫爾斯克突出部北部，德軍在主攻方向上將300多輛坦克同時投入戰鬥，撲在最前面的是虎式重型坦克和斐迪南強擊火炮群（每群10-15輛），隨後是中型坦克群，最後是摩托化步兵。7月5日德軍以這種隊形發動了五次強突擊，突入蘇軍防禦6—8公里。
庫爾斯克突出部的南面，這路德軍是蘇軍的老對手，由陸軍元帥曼施坦因所指揮，他被稱為“德國陸軍中城府最深的前沿指揮官”。曼施坦因把1000輛坦克同時投入戰鬥，其中700輛配置在奧博揚公路的主要突擊方向上。
7月6日在奧博揚方向發生了激烈戰鬥，交戰雙方各有數百架飛機投入戰鬥。7月7日為攻下庫爾斯克南邊的門戶奧博揚，曼施坦因投入了新的坦克集團，連續突破沃羅涅日方面軍兩道防禦地帶。方面軍指揮部被迫把所有預備隊投入危險地域才勉強堵住口子。7月10日，曼施坦因縮短了戰線，企圖從一個較窄的地域內突進去，德軍突進的前方是一個名不見經傳的小村莊叫普羅霍羅夫卡，這個小村莊正不偏不倚的處於戰場的關鍵地帶。
蘇軍洞察了曼施坦因的意圖，急忙抽調800輛坦克，這支大軍於7月12 日清晨趕到普羅霍羅夫卡，與轟轟隆隆開來的德軍坦克集群相撞，於是發生了第二次世界大戰中最大的一次坦克大會戰。
雙方共有1200多輛坦克參戰，並有大量飛機支援，兩軍裝甲主力相遇後，很快就絞殺在一起。濃密的硝煙瀰漫了戰場，坦克行進和射擊揚起的沙塵更阻礙了兩軍的視野，兩軍的士兵也混雜在其中互相廝殺。炮聲、槍聲、爆炸聲、喊殺聲和哀號聲響成一片。坦克手僥倖的從燃燒的坦克裡爬出後，拿起步槍像步兵一樣的作戰，有時雙方的坦克手甚至用匕首肉搏。8個小時血戰後，德軍和蘇軍損失的坦克都超過350輛。經過這次坦克大會戰，曼施坦因的老本基本拼光了，被迫轉入防禦，在他的對應方向上北線德軍也在這時轉入了防禦。
就在德軍轉入防禦的同時，7月12日，蘇軍以5個方面軍的兵力在800餘公里的正面上發動了反攻，以三個方面軍分別從三個方向上對庫爾斯克以北的重鎮奧廖爾實施向心突擊，並於8月5日解放了奧廖爾。在同一天，蘇軍的兩個方面軍也解放了庫爾斯克以南的重鎮別爾哥羅德。
8月5日晚為向解放這兩座城市的部隊祝捷，在莫斯科鳴放了衛國戰爭以來第一次禮炮。但庫爾斯克會戰並沒有結束，8月11日，蘇軍包圍了哈爾剋夫，這是一座蘇德雙方曾反覆拉鋸的城市，曾有25萬蘇軍在這裡被圍殲，8月23日蘇軍解放了哈爾剋夫，從此再也沒有丟失。
庫爾斯克會戰中，德軍30個精銳師包括7個裝甲、坦克師被擊潰，其餘的遭受重創，精銳部隊損失殆盡。損失兵力50多萬人，損失坦克約1500輛，損失火炮和迫擊炮3000門，損失飛機3700架。蘇軍也為庫爾斯克會戰付出了慘重代價，損失兵力80多萬，損失坦克6064輛，損失火炮5244門，損失飛機1716架。但會戰的勝利使蘇軍從此獲得了戰場的主動權，雙方發生了攻防的逆轉。
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