這許多因素使得希特勒一再延後攻擊發起日，直到7月初，德軍才算完成攻擊準備，而曼斯坦因原本計劃的時機早已不存在了。
與德軍一籌莫展的境況相比，蘇軍也強不到哪兒去。在紅軍最高指揮部內，斯大林和以朱可夫為首的將軍們也麵臨著“先攻”或“後攻”的抉擇。然而他們借助於“露西”間諜網的幫助，準確而迅速地作出了決定。
“露西”是魯道夫·李斯特的匿名。他在第一次大戰時即加入德軍，但他卻是個徹底反納粹的人。納粹興起後，李斯特偷偷組織了10名反納粹的軍官，這10人都留在戰後的國防軍中，其中5人升至將官。8人任職於國防軍最高司令部，另2人任職於德國空軍。李斯特本人則住在瑞士，隨時將手下得到的情報傳到蘇聯，這些情報後來果然起到了重大的作用，連李斯特自己也始料不及。
早在1943年4月，“露西”即對紅軍提出了警告：德軍將在泥濘期結束後立即發動夏季攻勢，而庫爾斯克的突出部正是德軍的攻擊目標。由於情報周全，再加上希特勒一再延後開戰日期，蘇軍遂得以從容布置防禦陣地，靜待著德軍的攻擊。
對壘雙方都深諳空中支援之道，為此都投下了血本。德國空軍集結了2000餘架飛機，占蘇德戰場的70％。其中13個大隊專門從本土和法國、挪威調來，這當中不乏能征善戰的精銳之師，包括曾擊落近千架敵機的第3戰鬥聯隊、第52戰鬥聯隊，以及俯衝轟炸航空兵主力——曾在波蘭參與維盧尼大屠殺、在海上擊沉蘇聯“瑪拉塔”號戰列艦的第2俯衝轟炸聯隊。蘇軍的投入也並不遜色，他們投入了中央方麵軍空軍第16集團軍、沃羅涅日方麵軍空軍第2集團軍、西南方麵軍空軍第17集團軍和遠程航空兵主力兵團，共有飛機3100架，兵力數量遠遠優於德軍。蘇軍的主力戰鬥機是雅克-3、雅克-9和拉-5，性能與德國最新型的Me-109G和FW-190A大體相當，特別是拉-5H型屬最新改進型，首次投入戰場。該型飛機發動機1850馬力，比一般戰鬥機高出80馬力，機動性好，堅固耐用。
蘇軍在庫爾斯克一帶共集結了130萬名士兵、超過2萬門的火炮和3500輛坦克，它們分屬北邊洛克索夫斯基指揮的中央方麵軍以及南邊瓦圖丁指揮的佛洛尼茲方麵軍。另外它的北麵有帕波夫指揮的白揚斯克方麵軍，南邊是馬林諾夫斯基的西南方麵軍。其後的預備隊則是可涅夫指揮的斯帝普方麵軍。這些兵力合在一起，總數超過200萬，坦克更多達5000輛。
蘇軍把這項行動取名為“庫圖佐夫作戰”。蘇軍在德軍可能進攻的方向，以層層的地雷、鐵絲網、碉堡及戰壕構成一個巨大的防禦陣地。據估計，平均每公裏正麵埋下了1500枚以上的反坦克地雷以及無數的人員殺傷雷。其密度是莫斯科防禦戰的6倍，斯大林格勒會戰的4倍。
與此同時，蘇軍一道道的壕溝及反坦克陣地也布滿了庫爾斯克地區。光是中央方麵軍即挖了大約54公裏的戰壕。每個陣地有3~5門重型反坦克炮、2~5門迫擊炮，並有交通壕互相連結。蘇軍將許多反坦克炮放在改裝的農舍中，前線的坦克也開進坦克壕中，僅露出炮塔射擊。這種陣地戰準備的規模之大，也是曆次戰爭中罕見的。
為了防禦德國空軍的攻擊，蘇軍在庫爾斯克突出部內集結了9個防炮師、40個防空團、17個防空營，甚至還有10列防空裝甲列車。
在蘇軍做好了充分準備的同時，德軍至7月初也已完成所有的攻勢準備：擔任北麵夾擊任務的是克魯格指揮的中央集團軍，下轄第2裝甲軍團及第9軍團，擔任主攻的第9軍團由摩德爾指揮，轄有6個裝甲師、1個機械化師及十多個步兵師。大約有960輛坦克、2400門火炮，第2裝甲軍團則防守奧廖爾突出部以掩護第9軍的側翼。
伴著俄羅斯平原的暖風陣陣吹來，數千輛坦克和數千架飛機齊聚庫爾斯克地域，一場規模空前的空地大血戰即將拉開帷幕。
北線的戰鬥首先在空中打響。還在雙方籌備戰事階段，雙方空軍就競相以對方航空兵為主要目標展開了一場對攻戰，目的都是為即將打響的大決戰作準備。
1943年5月6日，蘇聯空軍首先發起空中進攻戰役，連續4天猛烈地轟炸庫爾斯克及其毗鄰地區的德軍26個機場，出動飛機總數高達1392架次，在機場上擊毀德機373架，擊傷51架，令慣於突擊敵方機場的德國空軍飽嚐了被別人攻擊之苦。5月8日開始，蘇軍又進行了第二次空中進攻戰役，繼續猛轟德軍機場，出動規模竟達到了3360架次。在突擊機場的同時，蘇聯空軍還對戰區內和敵縱深交通線、倉庫、通信指揮中心施加了猛烈打擊。
德軍也出動大批飛機對蘇軍機場和鐵路線進行突然轟炸。6月2日，德軍287架轟炸機在戰鬥機掩護下，分多批撲向庫爾斯克鐵路樞紐，蘇軍起飛386架殲擊機攔截，經過數小時空中對攻，一舉擊落德軍第一梯隊轟炸機58架。但德軍後續梯隊的160架轟炸機乘機突入了庫爾斯克，對鐵路樞紐投下了數十噸炸彈，致使蘇軍鐵路運輸中斷了12小時。此役德軍總共損失飛機145架，蘇軍損失則少得多。