1943年初，德军在溃败的同时，南方集团军群司令曼施坦因元帅也开始计划向苏联红军反扑。他主动放弃了一些重要据点，诱使苏联红军深入，德军却趁机完成了兵力的集结。这次反击造成的一个后果就是以库尔斯克为中心的突出部的形成。在其北部，德国中央集团军群控制了奥廖尔一带。在其南面，曼施坦因的南方集团军群控制了别尔哥罗德地区。在突出部内的是苏联中央方面军和沃罗涅日方面军。苏德双方在此形成僵持，一场规模宏大的战役即将展开。
库尔斯克突出部犹如一个拳头从苏联红军的战线中延伸出来，其正面长约250英里，而底部却不到70英里，而且经过严密侦察，在该突出部发现了众多成建制的部队驻地，曼斯坦因计划通过一次南北两翼协调的钳形攻击，合围并歼灭整个突出部内的苏联红军重兵集团。并且这次战役的成功将缩短德军的战线，使德军部队的机动性大大增加。
由于这年雨季结束的较晚以及德军准备上的不足，作战计划不得不一再延期。“堡垒”作战最终被确定在7月5日发动。
德军的军力部署：
兵力及部署中央集团军群所属的莫德尔上将的第9集团军在库尔斯克突出部北部，该集团军共有21个德国师和3个匈牙利师，33.5万人，其中有6个坦克师，共有590辆坦克，424门火炮。库尔斯克会战在突出部的中部是德中央集团军群的第2集团军，9.6万人，他们在这个攻势中，将起辅助作用，主要任务是保持突出部南北的德军间的联系。在突出部南部是曼斯坦因的南方集团军群，包括霍特将军的第4装甲集团军和肯普夫集群。第4装甲集团军下辖第52步兵军、第48装甲军和第2党卫装甲军共22.4万人，925辆坦克，704门火炮；右翼的肯普夫集群，拥有10个师，12.6万人，344辆坦克和25门火炮。还有约20个师部署在上述各突击集团的翼侧。第4、第6航空队的航空兵负责支援陆军。这样德军的进攻总兵力达到90余万人，火炮和迫击炮约1万门，坦克和自行火炮2700辆，飞机2050架。德军为这次进攻还投入了大量新式兵器包括“虎”式、“豹”式坦克和“斐迪南式反坦克歼击车”以及“胡蜂”等自行火炮，以及“福克沃尔夫190A”式战斗机和“汉克尔129”式攻击机。
苏联红军的军力部署：
在库尔斯克突出部北部，正对着德中央集团军群方向的是罗科索夫斯基的中央方面军，包括第70、第13、第48、第60、第65集团军以及第2坦克集团军，总兵力达71.1万人，1.1万门大炮和迫击炮，1，785辆坦克和自行火炮。由于苏联红军认为强大的德中央集团军群会担当此次德军的主攻，苏联红军在这个方向的力量也是最强的，朱可夫元帅也亲自在此坐镇指挥。在库尔斯克突出部南部，面对德南方集团军群的是瓦图京的沃罗涅日方面军，下辖第6、第7近卫集团军、第40、第38、第69集团军、第1坦克集团军以及步兵第35军，总兵力62.5万人，8，718门大炮和迫击炮，1，704辆坦克和自行火炮。在中央方面军和沃罗涅日方面军的后方是科涅夫的草原方面军，它的任务是当前方两个方面军形势吃紧时，向它们提供增援，而一旦库尔斯克防线被德军突破，它将成为最后一道防线，而当苏联红军转入反攻时，它将提供新鲜的兵力。该方面军辖近卫第4、第5集团军、第27、第47、第53集团军、近卫第5坦克集团军、近卫第3、第5、第7骑兵军、近卫第4坦克军、近卫第1、第3机械化军。总兵力为57.3万人，8，510门大炮和迫击炮，1，639辆坦克和自行火炮。
7月12日晨，战斗打响，苏德双方几乎是同时发动了进攻，在战斗中德军“虎式”坦克的88毫米炮与四号坦克的75毫米坦克炮优势明显，而苏联红军T-34坦克的76毫米炮在同样距离下无法对德军造成威胁，大量的苏联红军坦克在交战距离以外就被德军击毁。苏联红军近卫第5坦克集团军战报报告所属坦克军已经丧失了继续进攻的能力，已经将余下的坦克编入步兵部队。战斗到7月8日，德军虽给苏联红军造成很大损失，但苏联红军依靠数量上的优势，坚守住了阵地，在波内里城内，德军付出惨重的代价后，占领了大半个波内里，但苏联红军仍控制着市内一些重要据点，使用德军无法继续推进。7月9日莫德尔以300辆坦克向苏联红军阵地发动了最后一次进攻，结果仍然是一无所获，此时德第9集团军的攻击能量已耗尽，莫德尔被迫在10日转入防御。
库尔斯克会战中，德军损失兵力50万人，损失坦克约2348辆，损失飞机2100架。苏联红军也为库尔斯克会战付出了惨重代价，损失兵力80多万，损失坦克3064辆，损失火炮5244门，损失飞机1716架。库尔斯克战场遍布着数以百计烧焦的坦克和飞机的残骸，以及无数的尸体。双方的区别在于：苏联红军在遭受了巨大损失的情况下仍然能按照计划开出防线发起全面反攻，而欧洲东线德军则失去了仅有的骨干力量。