יחידות הורמאכט, שהיו פרוסות בגזרה שמדרום למבלט קורסק, השתייכו לשתי ארמיות מקבוצת ארמיות דרום. הפיקוד הגרמני העריך בטעות, שהאבדות הכבדות שספגו שתי החזיתות הסובייטיות, שהשתתפו בלחימה בגזרה הדרומית של מבלט קורסק, לא יאפשרו לפיקוד הסובייטי לבצע מתקפה גדולה בגזרת בלגורוד-חרקוב בטווח הזמן הקרוב. כתוצאה מכך הועברו חלק גדול מהיחידות הניידות של קבוצת ארמיות דרום, שהיו מרוכזות בגזרה זו, לגזרות אחרות. דיוויזיית גרוסדויטשלנד הועברה צפונה למבלט אוריול, כדי לסייע בבלימת המתקפה הסובייטית על גזרה זו (מבצע קוטוזוב), ואילו מרבית היחידות של קורפוס הפאנצר אס אס השני וקורפוס הפאנצר ה-24 ואחת הדיוויזיות של קורפוס הפאנצר ה-48, נשלחו דרומה לסייע בהדיפת המתקפה הסובייטית על ארמיית הפאנצר הראשונה והארמייה השישית, שנפתחה ב-17 ביולי (המתקפה האסטרטגית של דונבאס). ערב פתיחת המתקפה הסובייטית, נותרו בגזרה שהותקפה 19 דיוויזיות גרמניות (מתוכן רק 4 דיוויזיות פאנצר), שכללו 250–300 אלף חיילים, כ-300 טנקים ותותחי סער מבצעיים, כ-800 מטוסים, וכ-3,500 קני ארטילריה.
הכוחות שהיו בגזרה שהותקפה, בשלב הפתיחה של המתקפה הסובייטית היו:
תוכנית המתקפה הסובייטית.
מבצע רומיאנצב נועד להיות המתקפה האסטרטגית העיקרית של הצבא הסובייטי בקיץ 1943. לפי תוכנית הפיקוד העליון הסובייטי, המתקפה נועדה להתבצע בשני שלבים עיקריים :
בשלב הראשון נועדו הכוחות הסובייטיים להבקיע את החזית הגרמנית מדרום למבלט קורסק, להתקדם במהירות דרומה, לכתר את הכוחות הגרמניים במרחב בלגורוד-חרקוב ממספר כיוונים ולהשמיד אותם. המאמץ העיקרי נועד להתבצע על ידי ארבע ארמיות של חזית וורונז' ולהתמקד בגזרה צרה בין בלגורוד לטומרובקה. לאחר הבקעת החזית הגרמנית נועדו כוחות אלו, שכללו את שתי ארמיות הטנקים של החזית, להתקדם לאזור בוגודוכוב, ולאחר מכן לכתר את חרקוב מכיוון דרום-מערב. שתי ארמיות נוספות של החזית נועדו לתקוף את החזית הגרמנית בין טומרובקה לסומי, ולהתקדם לכיוון דרום-מערב, במטרה להגן על האגף הימני (המערבי) של הכוחות העיקריים של החזית, ולמנוע מכוחות תגבורת גרמניים להגיע למרחב חרקוב. הארמייה ה-38 של החזית נועדה לבצע מתקפת הסחה מצפון לסומי, במטרה לרתק את הכוחות הגרמניים שעמדו מולה בגזרה המרכזית של מבלט קורסק (הארמייה השנייה של קבוצת ארמיות מרכז). חזית הערבה, שהייתה חלשה יחסית לחזית וורונז' (כללה רק שלוש ארמיות, בסיוע כ-500 טנקים), נועדה לתקוף ממזרח לבלגורוד, ולהתקדם דרומה במקביל לגדה המערבית של נהר הדונייץ העליון, במטרה לרתק את כוחות פלגת הארמייה קמפף, לתקוף את מערך ההגנה ההיקפי, שהכינו הגרמנים מסביב לעיר חרקוב, מכיוון צפון, ולסייע בכיתור הכוחות הגרמניים במרחב חרקוב, בשיתוף פעולה עם הארמייה ה-57 של החזית הדרום-מערבית, שתתקדם אל העיר מכיוון מזרח ודרום-מזרח.
בשלב השני של המבצע, לאחר השמדת הכוחות הגרמניים במרחב חרקוב, נועדו חזית וורונז' וחזית הערבה לנוע דרומה לכיוון ים אזוב, במטרה לנתק ולכתר את שאר הכוחות של קבוצת ארמיות דרום, ולהשמיד אותם, בשיתוף פעולה עם כוחות החזית הדרום-מערבית והחזית הדרומית.
מהלך הקרב.
המתקפה הסובייטית החדשה תוכננה היטב, וההכנות לקראתה היו נרחבות ומקיפות, וכללו ריכוז כמויות גדולות של ארטילריה בנקודות, בהן תוכננה הבקעת החזית הגרמנית. צפיפות הארטילריה בגזרה בה נועד להתבצע המאמץ הסובייטי העיקרי הייתה חסרת תקדים, והגיעה עד כ-250 קני ארטילריה לק"מ חזית. המתקפה נפתחה ב-3 באוגוסט עם שחר בהרעשה ארטילרית עזה, שארכה כשלוש שעות והממה את המגינים הגרמנים. לאחר מכן תקפו יחידות הרגלים הסובייטיות את קו ההגנה הגרמני הקדמי, בסיוע מסך אש ארטילרי מתגלגל ותקיפות מאסיביות של מפציצים ומטוסי תקיפה מהאוויר. המאמץ הסובייטי העיקרי התמקד בגזרה צרה (ברוחב כ-30 ק"מ) משני עברי העיר בלגורוד, בתפר בין פלגת הארמייה קמפף לבין ארמיית הפאנצר הרביעית. הארמייה ה-53 של חזית הערבה בסיוע קורפוס ממוכן תקפה ממזרח לעיר, ואילו ארמיות המשמר החמישית והשישית מחזית וורונז' תקפו ממערב לה, בין בלגורוד לטומרובקה.
בגזרת המאמץ העיקרי של חזית וורונז' הצליחו יחידות הרגלים להבקיע את החזית הגרמנית ולהתקדם מספר קילומטרים. כבר בשעות הצהריים הטיל פיקוד החזית למערכה את שתי ארמיות הטנקים שלו, שכללו יותר מ-1100 כלי רכב משוריינים, כדי להרחיב את הפירצה בקווים הגרמניים, ולהתקדם לעומק מערך ההגנה הגרמני. שתי הארמיות תקפו זו בצד זו בגזרה צרה מאוד, ועד תום היום הראשון למתקפה התקדמו לעומק של 12–26 ק"מ, והשלימו את הבקעת שתי רצועות ההגנה הגרמניות הראשונות (מרחב ההגנה הטקטי). הייתה זו הפעם הראשונה, בה הופעלו שתי ארמיות טנקים סובייטיות ביחד בגזרה אחת, במהלך המלחמה נגד גרמניה הנאצית. במהלך הימים הבאים של המתקפה המשיכו ארמיות הטנקים של חזית וורונז' להתקדם במהירות דרומה, ועד תום היום החמישי (7 באוגוסט) הגיעו יחידות החלוץ של ארמיית המשמר המשוריינת ה-1 עד לאזור בוגודוכוב, כ-100 ק"מ מנקודת המוצא של המתקפה. הארמייה נתקלה בהתנגדות גרמנית מאורגנת מועטה, ומרבית אבדותיה נגרמו כתוצאה מתקיפות מהאוויר של מטוסי הלופטוואפה, שהחל מהיום השני למתקפה הסובייטית החזירו לעצמם את השליטה בשמיים מעל זירת המערכה.
בגזרה בה החזיקה פלגת הארמייה קמפף נאלץ הקורפוס ה-11, שאוגף משני עבריו על ידי הכוחות הסובייטיים התוקפים, לפנות את העיר בלגורוד, ששוחררה על ידי יחידות מהארמייה ה-69 והארמייה ה-7 של חזית הערבה ב-5 באוגוסט, ולסגת דרומה כדי להימנע מכיתור כוחותיו. באותו יום פתחו הארמיות ה-27 וה-40 של חזית וורונז' במתקפה על הגזרה ממערב לטומרובקה, בסיוע שלושה קורפוסי טנקים וקורפוס ממוכן, שכללו למעלה מ-400 טנקים. המתקפה החדשה הייתה מאמץ התקפי מישני של החזית, שנועד להגן על האגף השמאלי החשוף הכוחות העיקריים שלה מפני התקפות נגד גרמניות, לבודד את זירת המערכה ולמנוע מיחידות תגבורת גרמניות להגיע למרחב חרקוב, ולהרחיב את המתקפה מערבה לכיוון נהר פסל. כבר ביומה הראשון נחלה המתקפה הצלחה, והכוחות התוקפים הבקיעו את החזית הגרמנית והתקדמו לעומק 8–20 ק"מ. במהלך הימים הבאים המשיכו שתי הארמיות המתוגברות להתקדם במהירות לכיוון דרום-מערב ויחידות החלוץ שלהן הגיעו עד לאזור אחטירקה.
הצלחת המתקפה של הארמייה ה-27 גרמה לכך, שהכוחות הגרמניים שהחזיקו באזור טומרובקה (דיוויזיית הפאנצר ה-19 ושתי דיוויזיות רגלים מארמיית הפאנצר הרביעית) מצאו עצמם בסכנת כיתור, והחלו לסגת דרומה בליל 6/5 באוגוסט. אולם ב-6 בחודש כבר הגיעו יחידות ארמיית המשמר החמישית והארמייה ה-27 לאזור בוריסובקה-גולובצ'ינו, תוך שהם תופסים בדרכם מצבורי אספקה גרמניים, וכיתרו את הכוחות הגרמניים הנסוגים. במהלך הלחימה באזור בוריסובקה נאלצו הגרמנים לנטוש או להשמיד 75 טנקי פנתר חדישים, שנמצאו בתיקונים בסדנאות השדה של רגימנט הפאנצר ה-39. אובדן משמעותי ביותר מבחינת הפיקוד הגרמני. למחרת היום הצליחו הכוחות הגרמניים המכותרים לפרוץ את טבעת הכיתור הסובייטית הרופפת, לאחר שספגו אבדות ניכרות, כולל כמה מאות שבויים, ולסגת דרומה.
חזיתה של ארמיית הפאנצר הרביעית עמדה בפני התמוטטות, אך בשלב זה (החל מ-6 באוגוסט) החלו להגיע לזירת המערכה העתודות הגרמניות, במטרה לייצב את החזית הגרמנית, לבלום את המשך התקדמות הכוחות הסובייטיים ולעבור למתקפת נגד. הפיקוד הסובייטי נכשל במאמציו להכריע את המערכה במרחב חרקוב לפני הגעתן, וגם לא הצליח לגרום אבדות משמעותיות ליחידות התגבורת בדרכן לאזור, באמצעות תקיפות מהאוויר. מאזור אוריול בצפון הגיעו דיוויזיית גרוסדויטשלנד ודיוויזיית הפאנצרגרנדיר ה-10, ואילו מאזור הדונבאס ומקו נהר מיוס בדרום, הגיעו דיוויזיית הפאנצר אס אס החמישית (ויקינג) מקורפוס הפאנצר ה-24, ושלוש דיוויזיות הפאנצר של קורפוס הפאנצר אס אס ה-2 - דיוויזיית הפאנצר ה-3, דיוויזיית הפאנצר אס אס ה-2 (דאס רייך) ודיוויזיית הפאנצר אס אס ה-3 (טוטנקמפף). עד 10 באוגוסט הצליח הפיקוד של קבוצת ארמיות דרום לרכז 10 דיוויזיות פאנצר ופאנצרגרנדיר, כמעט כל היחידות הניידות שלו, שכללו למעלה מ-600 כלי רכב משוריינים מבצעיים, בגזרה שהותקפה. בנוסף לכך העביר הפיקוד הגרמני 3–4 דיוויזיות חי"ר מגזרות שקטות של החזית לאזור חרקוב. בשלב ראשון לא הצליחו העתודות הגרמניות לבלום לחלוטין את המשך ההתקדמות של הכוחות הסובייטיים התוקפים, אך הם האטו מאוד את קצב התקדמותם, וגרמו להם אבדות כבדות.
התקדמות ארמיית המשמר המשוריינת החמישית לכיוון חרקוב נבלמה כבר ב-6 באוגוסט באזור זולוצ'יב על ידי יחידות החלוץ של דיוויזיית הפאנצר ה-3. הגרמנים ריכזו באזור זה כוחות נוספים, כולל גדוד הפאנצר הכבד ה-503 (טנקי טיגר) והדיוויזיה ה-167, ובמהלך הלחימה בימים הבאים גרמו לארמיית המשמר המשוריינת ה-5 אבדות כבדות כל כך, עד שב-9 באוגוסט נאלץ הפיקוד הסובייטי להוציא אותה מקו החזית ולהעביר אותה לעתודה, לצורך תגבור וארגון מחדש. יחידות ארמיית המשמר המשוריינת ה-1 המשיכו להתקדם דרומה באיטיות, תוך הדיפת התקפות נגד גרמניות מקומיות. ב-9 באוגוסט הן הגיעו עד לנהר מרציק, שם נתקלו בהתנגדות גרמנית עיקשת. לאחר לחימה קשה הצליחו קורפוס הטנקים ה-6 והקורפוס הממוכן ה-3 לצלוח את הנהר ובבוקר 11 באוגוסט הגיעו לקו הרכבת חרקוב-פולטבה (אחד היעדים המרכזיים של המתקפה הסובייטית) וניתקו אותו במספר מקומות. באותו יום הגיעו יחידות החלוץ של חזית הערבה, ושל הארמייה ה-57, לטבעת ההגנה החיצונית של חרקוב, במרחק 8–11 ק"מ מפרברי העיר.