7月6日，蘇軍航空兵克服了前一天作戰中存在的缺點。他們注意監視空中情況，必要時還用機場值班分隊來加強殲擊機巡邏隊。為了更加主動地打擊德機，他們甚至還大膽地把巡邏警戒線推至敵占區空域。
德軍航空兵遇到頑強的抵抗，其攻勢嚴重受挫。而蘇軍航空兵卻不斷加強突擊，這一天出動架次比7月5日多了一倍。在戰鬥機的92次空戰中，共消滅德機113架。轟炸、強擊航空兵也於6日展開了強大的反突擊，給楔入防線之敵造成重大殺傷。
從7月7日開始，蘇軍牢牢地掌握了戰區北部的空中主動權，大部分德軍轟炸機還未開到戰場即遭到了攔截，並且損失慘重。
至10日，德軍在奧寥爾-庫爾斯克方向上的進攻能力已經枯竭，不得不轉入了防禦。首先，北線作戰中，蘇空軍第16集團軍出動飛機7600架次，遠程航空兵出動800架次，共消滅德軍飛機517架，有力地支援了地麵部隊粉碎德軍進攻。陸軍部隊對他們的表現給予很高評價，第13集團軍總指揮在報告中寫道：“請向空軍全體人員轉達我們地麵部隊的衷心感謝，感謝他們從空中給我們的積極支援。我們都懷著愛戴的心情讚揚自己的戰友從空中實施的成功突擊。”
在南線，擔任防禦的蘇軍航空兵打得更加頑強。當德軍從別耳哥羅德向庫爾斯克城以南的奧博揚發起主攻後，沃羅涅日方麵軍幾乎將其所有兵力都集中到了奧博揚一線。從5日開始，雙方又展開了殲擊機大戰，參戰飛機之多、空戰頻率之高、戰況之慘烈，均達到驚人的程度。在寬20公裏、長69公裏地區上空，同時有雙方的2000多架飛機在縱橫交織，幾乎遮蔽了天空。一次參戰的飛機常常多達100～150架。7月5日雙方編隊空戰達99次。至10日止，僅空軍第2集團軍的殲擊機就進行了205次空戰，擊落德軍飛機330架，自己隻損失153架。
強擊航空兵和轟炸航空兵主力，用於打擊猖狂北進的德軍坦克集團。頭兩天，強擊機和轟炸機都以6～8機編隊活動，收效並不很大。後來為了提高突擊效率，減少飛機的損失，便改以30～40機編隊實施集中突擊。因為大編隊強擊機和轟炸機的防禦能力更強，殲擊機也更容易掩護。如此鋪天蓋地的空中火力，給德軍的進攻造成了極大的困難。
德國空軍曆來以作戰迅速勇猛而一度讓盟軍傷透腦筋，此次在庫爾斯克的表現當然也不同凡響。他們對蘇軍地麵部隊的空襲曾一度十分凶猛。7月8日清晨，德軍第一個反坦克大隊——第9強擊聯隊第4大隊在巡邏中發現別耳哥羅德以北有蘇軍—個坦克旅，正向德軍的側翼運動，立即集中了全大隊的56架Ｈｓ-L29Ｂ2強擊機展開超低空迎頭痛擊，30毫米穿甲彈雨點般飛向坦克集群，短短幾分鍾內便有6輛坦克起火燃燒。蘇軍被迫停止了攻勢後撤。
麵對蘇軍優勢兵力的頑強抵抗，7月10日，損失慘重的德軍被迫中止了對奧博揚的進攻，德軍第一階段南北對進計劃就這樣被無情粉碎了。但是，希特勒不肯罷休，他進行了重新部署，把進攻重點放到南線，將坦克師、機械化師和航空兵的主力調到了奧博揚東南的普羅霍羅夫卡地域，打算從東南方向迂回包抄庫爾斯克。沃羅涅日方麵軍針鋒相對，及時調整了自己的部署，決心以攻對攻，徹底粉碎進攻之敵。
至7月23日，沃羅涅日方麵軍的部隊完全恢複了7月5日前所處的位置。在別耳哥羅德-庫爾斯克方向防禦戰役期間，蘇軍航空兵共出動飛機1926架次，擊落德機899架。至此，希特勒攻占庫爾斯克的“衛城作戰”計劃徹底破產。
3.庫爾斯克大反攻
早在戰役開始之前，蘇軍統帥部在作戰計劃中就明確規定，在挫敗德軍攻勢後，應抓住戰機，對德軍占領區實施全麵反攻。7月12日，雙方南線部隊鏖戰普羅霍羅夫卡之際，蘇軍便在北麵開始執行“庫圖佐夫”計劃，一直伺機而動的西方麵軍和布良斯克方麵軍分別從奧寥爾突出部的北、東兩個方向發起了強大攻勢，總兵力超過德軍兩倍，占據了絕對優勢。