1943年初，德軍在潰敗的同時，南方集團軍群司令曼施坦因元帥也開始計劃向蘇聯紅軍反撲。他主動放棄了一些重要據點，誘使蘇聯紅軍深入，德軍卻趁機完成了兵力的集結。這次反擊造成的一個後果就是以庫爾斯克為中心的突出部的形成。在其北部，德國中央集團軍群控制了奧廖爾一帶。在其南面，曼施坦因的南方集團軍群控制了別爾哥羅德地區。在突出部內的是蘇聯中央方面軍和沃羅涅日方面軍。蘇德雙方在此形成僵持，一場規模宏大的戰役即將展開。
庫爾斯克突出部猶如一個拳頭從蘇聯紅軍的戰線中延伸出來，其正面長約250英里，而底部卻不到70英里，而且經過嚴密偵察，在該突出部發現了眾多成建制的部隊駐地，曼斯坦因計劃通過一次南北兩翼協調的鉗形攻擊，合圍並殲滅整個突出部內的蘇聯紅軍重兵集團。並且這次戰役的成功將縮短德軍的戰線，使德軍部隊的機動性大大增加。
由於這年雨季結束的較晚以及德軍準備上的不足，作戰計劃不得不一再延期。「堡壘」作戰最終被確定在7月5日發動。
德軍的軍力部署：
兵力及部署中央集團軍群所屬的莫德爾上將的第9集團軍在庫爾斯克突出部北部，該集團軍共有21個德國師和3個匈牙利師，33.5萬人，其中有6個坦克師，共有590輛坦克，424門火炮。庫爾斯克會戰在突出部的中部是德中央集團軍群的第2集團軍，9.6萬人，他們在這個攻勢中，將起輔助作用，主要任務是保持突出部南北的德軍間的聯繫。在突出部南部是曼斯坦因的南方集團軍群，包括霍特將軍的第4裝甲集團軍和肯普夫集群。第4裝甲集團軍下轄第52步兵軍、第48裝甲軍和第2黨衛裝甲軍共22.4萬人，925輛坦克，704門火炮；右翼的肯普夫集群，擁有10個師，12.6萬人，344輛坦克和25門火炮。還有約20個師部署在上述各突擊集團的翼側。第4、第6航空隊的航空兵負責支援陸軍。這樣德軍的進攻總兵力達到90餘萬人，火炮和迫擊炮約1萬門，坦克和自行火炮2700輛，飛機2050架。德軍為這次進攻還投入了大量新式兵器包括「虎」式、「豹」式坦克和「斐迪南式反坦克殲擊車」以及「胡蜂」等自行火炮，以及「福克沃爾夫190A」式戰鬥機和「漢克爾129」式攻擊機。
蘇聯紅軍的軍力部署：
在庫爾斯克突出部北部，正對著德中央集團軍群方向的是羅科索夫斯基的中央方面軍，包括第70、第13、第48、第60、第65集團軍以及第2坦克集團軍，總兵力達71.1萬人，1.1萬門大炮和迫擊炮，1，785輛坦克和自行火炮。由於蘇聯紅軍認為強大的德中央集團軍群會擔當此次德軍的主攻，蘇聯紅軍在這個方向的力量也是最強的，朱可夫元帥也親自在此坐鎮指揮。在庫爾斯克突出部南部，面對德南方集團軍群的是瓦圖京的沃羅涅日方面軍，下轄第6、第7近衛集團軍、第40、第38、第69集團軍、第1坦克集團軍以及步兵第35軍，總兵力62.5萬人，8，718門大炮和迫擊炮，1，704輛坦克和自行火炮。在中央方面軍和沃羅涅日方面軍的後方是科涅夫的草原方面軍，它的任務是當前方兩個方面軍形勢吃緊時，向它們提供增援，而一旦庫爾斯克防線被德軍突破，它將成為最後一道防線，而當蘇聯紅軍轉入反攻時，它將提供新鮮的兵力。該方面軍轄近衛第4、第5集團軍、第27、第47、第53集團軍、近衛第5坦克集團軍、近衛第3、第5、第7騎兵軍、近衛第4坦克軍、近衛第1、第3機械化軍。總兵力為57.3萬人，8，510門大炮和迫擊炮，1，639輛坦克和自行火炮。
7月12日晨，戰鬥打響，蘇德雙方几乎是同時發動了進攻，在戰鬥中德軍「虎式」坦克的88毫米炮與四號坦克的75毫米坦克炮優勢明顯，而蘇聯紅軍T-34坦克的76毫米炮在同樣距離下無法對德軍造成威脅，大量的蘇聯紅軍坦克在交戰距離以外就被德軍擊毀。蘇聯紅軍近衛第5坦克集團軍戰報報告所屬坦克軍已經喪失了繼續進攻的能力，已經將餘下的坦克編入步兵部隊。戰鬥到7月8日，德軍雖給蘇聯紅軍造成很大損失，但蘇聯紅軍依靠數量上的優勢，堅守住了陣地，在波內里城內，德軍付出慘重的代價後，占領了大半個波內里，但蘇聯紅軍仍控制著市內一些重要據點，使用德軍無法繼續推進。7月9日莫德爾以300輛坦克向蘇聯紅軍陣地發動了最後一次進攻，結果仍然是一無所獲，此時德第9集團軍的攻擊能量已耗盡，莫德爾被迫在10日轉入防禦。
庫爾斯克會戰中，德軍損失兵力50萬人，損失坦克約2348輛，損失飛機2100架。蘇聯紅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3064輛，損失火炮5244門，損失飛機1716架。庫爾斯克戰場遍布著數以百計燒焦的坦克和飛機的殘骸，以及無數的屍體。雙方的區別在於：蘇聯紅軍在遭受了巨大損失的情況下仍然能按照計劃開出防線發起全面反攻，而歐洲東線德軍則失去了僅有的骨幹力量。