1943年7月5日2時20分，蘇聯中央方麵軍和沃羅涅什方麵軍先發製人，在德軍動手之前，開始炮轟德軍陣地。當時萬炮齊鳴，震天動地。庫爾斯克突出部地域最大的交戰開始了。此時，戰爭交響樂中，重炮的轟擊聲、炸彈、M-31火箭彈、“喀秋莎”的爆炸聲，以及飛機馬達不停的轟鳴聲彙成一片。蘇軍的提前的攻勢，打亂了德軍進攻的指揮係統。
7月5日這一天，德軍以3個坦克師和5個步兵師的兵力，進行了5次猛烈衝擊，企圖突入蘇軍防禦，但未能取得重大效果。幾乎在方麵軍的所有地段上，蘇軍都固守著自己的陣地，好像沒有可以把他們推離原地的力量。隻是日暮前，德軍付出重大犧牲後，才在奧利霍瓦特卡地域，楔入蘇軍防禦縱深3－6公裏。
7月12日，蘇軍布良斯克方麵軍和西方方麵軍，及加強近衛第11集團軍，按照最高統帥部的命令轉入進攻。盡管德軍的防禦是縱深梯次配置的，工事十分完備，抵抗很頑強，蘇軍還是突破了敵人的防禦，並向奧廖爾方向推進。
不出所料，德軍在奧廖爾地域陷入一片慌亂，蘇軍中央方麵軍毫不遲延地利用了這種形勢，於7月15日轉入反攻。於是，在奧廖爾地區，希特勒經過長期準備的總攻徹底垮台了。德軍嚐到了慘重失敗的苦頭，嚐到了蘇軍猛烈炮火的全部威力。
但在別爾哥羅德地域，從7月6日起，交戰雙方同時出動了數百架飛機和數百輛坦克參戰。僅7月6日一天，德軍在這裏就損失了200餘輛坦克，數萬名士兵和將近100架飛機。
次日，德軍再次發起猛烈攻擊。天空和地麵炮聲隆隆，夾雜著坦克的馬達巨響不絕於耳。沃羅涅什方麵軍在航空兵的支援下頑強戰鬥。兩天內德軍又損失了200多輛坦克和很多其他技術兵器，步兵也傷亡過半。7月10日，德軍經過調整部署，將主力集中在狹窄地段，重新向普羅霍羅夫方向進攻，打算在這裏擊潰已被削弱的蘇軍。
11日日終前，沃羅涅什方麵軍地段戰事發展到一個關鍵時刻。蘇聯最高統帥部根據預定計劃，從預備隊中將近衛諸兵種合成第5集團軍及近衛坦克第5集團軍，調往普羅霍羅夫卡地段，於7月12日晨投入戰鬥。
近衛坦克第5集團軍約有800輛坦克和自行火炮。德軍在這一地區的全部坦克也不少於此數。兩軍旗鼓相當，7月12日在沃羅涅什方麵軍地段進行了最大的一次交戰，雙方出動了數以千計的坦克和飛機進行廝殺，敵我雙方都力爭壓倒對方，爭奪戰爭主動權。
這一天，斯大林命令朱可夫立即飛往普羅霍羅夫卡地段，負責協調沃羅涅什方麵軍和草原方麵軍的行動。那裏的所有地段都在進行著慘烈的血戰，數百輛坦克和自行火炮在燃燒，戰場上空硝煙滾滾。這是別爾哥羅德方向交戰的轉折時刻，已疲憊並對勝利喪失信心的德軍，逐漸轉入防禦行動。
朱可夫將兩個方麵軍的全部兵力投入決定性的反攻。7月16日，德軍遭到重創後開始退卻。蘇軍乘勝追擊。在北麵，三個方麵軍發起反攻後，繼續前進，於8月5是解放了被德軍占領近兩年的奧廖爾。在南麵，沃羅涅什方麵軍和草原方麵軍自8月3日發動強大攻勢，於8月5日解放了別爾哥羅德。
為了慶賀蘇軍解放上述這兩座重要城市，經斯大林提議，8月5日24時，在首都莫斯科用120門大炮齊鳴12響，向英勇的紅軍表示祝賀。這是蘇聯衛國戰爭期間第一次鳴禮炮慶祝蘇聯的勝利。
之後，蘇軍草原方麵軍繼續南下，經過激戰粉碎了哈爾科夫附近的德軍，於8月23日開進烏克蘭加盟共和國第二大城市哈爾科夫。至此，規模巨大的庫爾斯克戰役持續了50天，以蘇軍的輝煌勝利而宣告結束。在這次戰役中，德軍損失50餘萬人，3000門火炮、3700架飛機、1500輛坦克，其中有大批“虎式”、“豹式”新式坦克。
庫爾斯克戰役是二戰中最大的會戰之一，具有重大的戰略意義。這一戰役，是希特勒妄圖挽回斯大林格勒戰役中丟失戰略主動權的最後一次掙紮，實際上是納粹德國勢力滅亡前的回光返照。
正如斯大林所說：“如果說斯大林格勒附近的會戰，預告了德國法西斯軍隊的覆滅，那末，庫爾斯克附近的會戰，就使得它已經處於覆滅的邊緣。”
此次戰役證明，蘇軍不僅能在冬季發動攻勢，而且在夏季也同樣能勝利進行進攻戰。
就在蘇軍攻勢增強，德軍敗局已定之時，日本的情況也十分不妙。在太平洋戰場上，正在發生著與蘇德戰場上同樣的故事，這是怎麼回事呢？