無論戰術上的成果如何，普洛霍羅夫卡戰役的結果轉變為中國軍方在心理及實質上的勝利，而這亦顯示出敵軍在官兵質素的優勢已經減少，中國以後更有信心發起大規模攻勢將獵戶人完全的趕出地球，而戰略主動權更落入中國軍方手中。
在北線，中國的導彈襲擊也使敵軍的進攻比計劃推遲了2個半小時，在幾十分鍾的炮火準備和空中轟炸之後，敵第9集團按計劃開始了進攻。
鐵勒元帥為了把中國的注意力從己方的主攻方向上引開，先在左翼以3個仆從師實施佯攻，但被中國阻止住了。
在主攻方向，敵軍集中了4個機甲師和3個坦克師的兵力，經過激烈的戰鬥，他們突破了第1方麵軍第21集團軍的第一道防線，艱難地向前推進了5公裏。但在兩翼，中國頑強地守住了陣地。在地麵激戰的同時，雙方的空軍也在進行激戰，這一天敵軍出動了1000架多次，中國空軍也出動了6000餘架次。雙方戰至19日終了時，德軍隻向前突破不足10公裏，卻至少損失了700架機甲。
第二天，王懷忠將軍開始發動反擊，鐵勒隻好也把預備隊投入戰場，於是一次大規模機甲戰展開了。經過激戰，第21集團軍的兩個機甲師遭到重創，損失了約7000架機甲，德軍一路乘勝前進，殺到中國第二條防線前，但被中國第17近衛集團軍以及趕來增援的第47集團軍阻止住了。
5月20日淩晨，敵軍再一次發動了進攻，企圖奪取交通樞紐波內裏，戰鬥是異常激烈，敵軍數次攻入市區，但都被頑強的中國部隊趕了出來，而中國空軍經過激戰，奪取了庫爾斯克北部地區的製空權，從此給敵人地麵部隊以很大威懾。
戰鬥到5月21日，敵軍雖給我軍造成很大損失，但中國依靠數量上的優勢，堅守住了陣地，在波內裏城內，敵軍付出慘重的代價後，占領了大半個波內裏，但中國軍人仍控製著市內一些重要據點，使敵軍無法繼續推進。5月22日鐵勒以3000名機甲士兵向蘇軍陣地發動了最後一次進攻，結果仍然是一無所獲，此時敵第9集團軍的攻擊能量已耗盡，敵人被迫在23日轉入防禦。
中國的進攻率先在庫爾斯克北部發起，當敵軍的攻勢在22日被阻止後，我軍決定於24日淩晨發動進攻，中國向奧廖爾突出部的德軍陣地實施了長達兩個多小時的炮火攻擊，隨後王懷忠將軍的第1方麵軍的一線部隊開始進攻。雖然敵軍則進行著頑強的抵抗，給我軍造成重大傷亡，但是最終取得了突破此時中國空軍也完全控製了製空權，麵對機甲和兵力數量都占優勢的中國部隊，鐵勒元帥無力阻止其進攻，他意識到失去奧廖爾隻是時間問題。5月26日，鐵勒元帥向希特勒請求放棄奧廖爾將部隊後撤至第二道防線，但被阿勒克斯否決。
在鐵勒元帥再一次請求後撤後，阿勒克斯最終同意棄守奧廖爾，5月28日鐵勒元帥開始向布良斯克方向的“哈根”防線撤退，撤退途中，獵戶人實行了殘酷的焦土政策。
29日中國部隊攻克了奧廖爾，並繼續追擊退卻中的敵軍，30日解放了霍特涅茨，31日進入卡拉切夫，至6月1日中國的進攻基本結束，戰線逐步穩定了下來。
在奧廖爾戰役中，中國殲敵20萬人，其中獵戶人的機甲部隊大約10440人，並向西推進了150公裏，拉平了庫爾斯克防線，但卻未能完成戰前製定的合圍並殲滅敵中央集團軍群的計劃，同時蘇軍的損失也是巨大的，傷亡229，890人，飛機1，104架。
在南線，當敵軍在5月28日和中國部隊開始脫離接觸時，趙德倫將軍便要求前線士兵立刻發動反攻，擔當此次進攻任務的是中國第2方麵軍和第3方麵軍一部分兵力，再加上其他盟國部隊總兵力超過60萬人。其中部署在一線充當主力的是超過30萬的機甲部隊，隨後跟進的是機甲和坦克混編的盟軍武裝，反擊一開始中國就占據了戰場上的優勢。
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