Hitler memerlukan kemenangan di front timur sehingga ia mengumumkan Operasi Citadele yang diharapkan dapat mengubah peta kekuatan di front timur dimana akan membalas kekalahan di Stalingrad sebelumnya yang terjadi pada awal tahun. Rencana ini sempat ditentang oleh ahli strategi hebat Jerman, Heinz Guderian karena menurutnya tidaklah penting untuk menyerang Kursk. Akan tetapi rencana Hitler ini didukung penuh oleh Kurt Zeitzler dengan mengungkapkan data bahwa Jerman harus menguasai objek-objek penting akibat dari pendudukan kota Kharkov pada bulan Maret sebelumnya.
Obyek penting ini letaknya di selatan dari Orel, dengan Maloarkangelsk sebagai pangkalan utaranya, Kursk sebagai base tengah dan Belgorod sebagai base selatan. Pihak Soviet telah mencium adanya rencana ofensif dari Jerman ini dari peningkatan kekuatan Jerman secara besar-besaran di sekeliling titik tersebut dan dari mata-mata mereka di Jerman, "Lucy", dan dari kode ULTRA yang dapat diterjemahkan oleh pihak Inggris dan diberikan langsung kepada Stalin. Stalin sempat bermaksud untuk menyerang Jerman terlebih dahulu sebelum serangan Jerman ini terjadi. Akan tetapi Marsekal Zhukov menyarankan untuk membiarkan Jerman menyerang terlebih dahulu dan mengalahkan mereka dengan pertahanan yang telah dia rencanakan. Pertahanan ini dibuat dengan skala yang belum pernah ada sebelumnya, dimana pihak Soviet dengan cepat menambah jumlah pasukan militer dan merekrut 300.000 orang sipil untuk bekerja bersama-sama membuat jebakan tank, ladang ranjau, senjata anti tank dan posisi defensif lainnya sebagai antisipasi dari serangan Jerman.
Seharusnya, waktu Jerman melakukan penyerangan adalah 4 Mei 1943, tetapi Hitler ingin menunggu tank Panther dan kendaraan penghancur tank beratFerdinand/Elefant siap dioperasikan. Setelah itu sempat terjadi beberapa kali pengunduran waktu penyerangan. Tanggal 12 Juni merupakan tanggal yang direncanakan selanjutnya akan tetapi kekalahan dari front Afrika di Tunisia memaksa Hitler untuk mengundurkan waktu penyerangan selama hampir tiga minggu hingga bulan Juli 1943. Pada malam tanggal 3 Juli 1943, sehari sebelum penyerangan, pasukan Jerman menyusup untuk membersihkan dan menyiapkan jalan melalui beberapa ladang ranjau, dengan cara menusuk ranjau dengan bayonet, mengangkatnya dan mengamankan dengan tangan. Menurut testimoni dari insinyur divisi Großdeutschland (terjemahan Indonesia: Jerman Raya) , 10 orang prajurit dari pasukan pekerja ke-2 telah mengamankan sebanyak 2.700 ranjau pada malam itu, yang dikerjakan rata-rata satu ranjau per-menit setiap orangnya.
Pada tanggal 4 Juli 1943, pukul 14.45 waktu setempat, ratusan pesawat Stuka Jerman yang tergabung dalam lima grup Armada Udara Ke 4 menyerang area sekitar Butovo yang terletak 500 yard di dalam garis pertahanan Soviet sepanjang 2 mil. Serangan ini berlangsung selama 10 menit dan dilanjutkan dengan gempuran meriam dan roket artileri untuk membuka posisi pasukan Uni Soviet. Armada Panzerkorps Ke-III bergerak menyerang posisi Soviet di sekitar Savidovka, Alekseyevka dan Luchanino. Dan pada waktu yang bersamaan di Butovo, Resimen Pengawal Senapan Soviet Ke 199 diserang oleh Resimen Panzergrenadier Ke 3. Dataran tinggi sekitar Butovo mampu dikuasai oleh Divisi Panzer Ke 11. Di arah barat Butovo, Divisi Panzer Ke 3 menghadapi perlawanan sengit dari pihak Soviet sehingga tidak mampu untuk mengamankan sasarannya hingga larut malam.
Sementara itu, armada Panzerkorps Ke-II melancarkan serangan pendahuluan untuk mengamankan pos pengamatan yang akan digunakan untuk pertempuran selanjutnya. Disini mereka mendapatkan perlawanan yang kuat hingga harus menggunakan penyembur api untuk mengamankan bunker dan pos penjagaan. Pada pukul 22.30, Marsekal Zhukov memerintahkan Tentara Merah untuk membalas dengan melancarkan bombardiran artileri bertubi-tubi ke posisi Jerman, yang mampu memperlambat gerak dari Jerman.
Esok harinya, secara mengejutkan serangan balasan yang dilakukan Angkatan Udara Soviet berhasil membombardir sejumlah pangkalan Luftwaffe serta formasi tank Jerman dan menimbulkan korban yang tidak sedikit pula dari serangan mendadak tersebut. Namun, serangan udara Jerman juga menimbulkan kerugian yang tidak sedikit bagi armada tank Soviet.
Di medan perang Utara, pergerakan Pasukan Jerman Ke-9 mengalami hambatan yang jauh lebih berat. Ratusan ribu ranjau yang ditanam Tentara Merah berhasil menciptakan kesulitan besar bagi pasukan Marsekal Walther Model. Kemajuan yg diperoleh terlalu sedikit, perlu ahli dan teknisi ranjau serta kendaraan anti-ranjau untuk mengatasi rintangan itu. Sialnya, Model tidak memiliki teknisi dan armada yang cukup. Apalagi, jumlah tank yang dimiliki Model lebih sedikit dibanding armada tank yang dikerahkan untuk menggempur kawasan selatan Kursk. Selain itu, moril dan mental pasukan Model juga tidak setangguh pasukan von Manstein. Akibatnya, daya gempur pasukan Model cepat melemah.
Namun, di medan perang Selatan, Tentara Panzer Ke-4 dan Grup Tentara Kempf pimpinan von Manstein, yang dipersenjatai lebih lengkap (termasuk 102 Tiger I dan 200 Panther), mampu bergerak dengan lebih mulus meskipun menghadapi posisi pertahanan yang kuat dan ladang ranjau. Tercatat pasukan von Manstein mampu menembus pertahanan Soviet sejauh 25 kilometer pada 2 hari pertama serangan. Namun, kinerja tank Panther tergolong mengecewakan; ketika bergerak menuju titik berkumpul, 45 dari 200 tank mengalami kerusakan mekanis dan harus diperbaiki. Ketika serangan dimulai, banyak tank Panther yang tersisa terkena ranjau dan tidak dapat bergerak. 200 tank Panther dari Korps Tank ke-48 lebih banyak menghabiskan waktu di depot untuk perbaikan daripada melawan musuh. Pada tanggal 11 Juli Grup Tentara Kempf mampu menembus ke pertahanan dalam Soviet. Pada saat ini, von Manstein mengira ia telah terbebas dari ladang ranjau dan dapat menghancurkan sisa-sisa pertahanan Soviet.
Esok harinya, pasukan Jerman (yang dimana termasuk unit-unit Waffen-SS seperti Divisi SS Ke-1 Leibstandarte Adolf Hitler, Divisi Panzer SS Ke-2 Das Reich, dan sebagainya) mulai bergerak menuju Prokhorovka. Tapi, serangan balik Tentara Merah yang dilancarkan dari kawasan Prokhorovka justru berhasil menahan pasukan Jerman, bahkan mengakibatkan Tentara Panzer Ke-4 ditarik mundur. Pertempuran antara tentara Soviet dan Jerman diwarnai dengan duel tank dari jarak dekat dan serangan udara intensif, sehingga kerugian yang dialami oleh kedua belah pihak sama besarnya. Jerman sendiri kehilangan 300 Panzer III dan IV, setengah lusin tank Tiger dan 50 tank lainnya rusak parah. Namun, bedanya kendati jumlah total kerugian yang dialami Soviet lebih besar, dengan cepat Tentara Merah sanggup mengganti armada tanknya, sedangkan Jerman tidak.
Soal keunggulan tempur, tank Soviet, terutama T-34 kadang-kadang lebih unggul daripada tank-tank Jerman. Keunggulannya terletak pada kecepatan, lapisan baja dan desain bodi tank, serta mobilitas yang sangat baik. Namun kali ini, T-34 dibuat tidak berkutik menghadapi tank Tiger, yang dengan meriam 88 milimeternya mampu menghajar T-34 dari berbagai sudut dan jarak berapapun. Maka, untuk menghancurkan tank Tiger, awak T-34 memakai taktik menyeranghand-to-hand, yaitu dengan mendekat bersama-sama lalu menembakinya dari jarak dekat, dengan dukungan dari meriam anti-tank dan artileri. Itu dilakukan mengingat meriam 76 milimeter T-34 tidak mampu menghajar Tiger dari jarak yang jauh, serta pelindung Tiger yang tebal tidak mampu ditembus oleh meriam T-34 waktu itu.
Jerman pun akhirnya berhasil dipukul mundur atau dengan kata lain mengkhianati doktrin tempur Jerman yang pantang mundur. Manstein dan Model memilih mundur mengingat mereka masih dibutuhkan untuk mempertahankan tanah Jerman sendiri. Apalagi ketika pada 17 Juli Hitler akhirnya memutuskan membatalkan operasi dan memerintahkan unit-unit SS menuju Italia untuk melawan invasi Sekutu di sana. Hanya Divisi Panzer SS Ke-1 Leibstandarte Adolf Hitler yang berangkat ke Italia, tanpa perlengkapan mereka. Unit-unit lainnya bertahan di Front Timur untuk bertahan dari serangan Soviet, yang setelah berhasil menahan pasukan jerman, memutuskan melakukan serangan balik gencar, yang akhirnya berhasil merebut beberapa wilayah Soviet bagian barat yang diduduki Jerman, termasuk kota Kharkov, RSS Ukraina.
Kendati pasukan Jerman berhasil dipukul mundur dari Kursk, kekuatan keduanya sebenarnya masih sebanding. Tapi mengingat Jerman tidak lagi memiliki tentara baru yang lebih segar sedangkan Tentara Merah dan persenjataannya justru makin melimpah, inisiatif pertempuran langsung berpindah tangan ke Soviet. Akibat serbuan yang gagal itu, kekuatan Jerman terus merosot. Selama bertempur untuk menguasai Kursk, setiap divisi yang dikerahkan Jerman kehilangan antara 2.000 hingga 3.500 prajurit dan perwira terlatih. Sedangkan jumlah total tank dan panser yang hancur mencapai 500-an buah.
