לקראת סוף יום הלחימה הראשון החליט קונסטנטין רוקוסובסקי שהגיעה העת להטיל למערכה את העתודות המשוריינות שלו, שהוצבו מאחרי רצועת ההגנה השנייה. ארמיית הטנקים ה-2 ביחד עם קורפוס הטנקים ה-19 נועדו לתקוף ב-6 ביולי עם שחר את הכוחות הגרמנים, שהצליחו לחדור לעומק מערך ההגנה הסובייטי, ולהדוף אותם לעמדות המוצא שלהם. בסה"כ נועדו להשתתף בהתקפת הנגד כ-750 כלים משוריינים בסיוע כ-1500 קני ארטילריה. בשעות הבוקר של 6 ביולי ערכו כוחות השריון הסובייטיים בסיוע כוחות רגלים שורת התקפות נגד, אך לא זכו להישגים משמעותיים. הם תקפו בחזית רחבה מדי, במקום לרכז את המאמץ בגזרה צרה, והיחידות התוקפות הוטלו למערכה בזו אחר זו, בזמנים שונים, במקום לתקוף בצורה מרוכזת. בנוסף לכך חיל האוויר הגרמני הצליח להשיג עליונות אווירית זמנית מעל שדה הקרב, ומטוסיו תקפו ללא הפרעה את הטנקים הסובייטיים, וגרמו להם אבדות כבדות. כתוצאה מכך, הגרמנים לא התקשו להדוף את מתקפת הנגד, ובמספר גזרות אף עברו להתקפה והצליחו להשיג התקדמות נוספת. עם זאת, מתקפת הנגד הצליחה להאט את קצב ההתקדמות הגרמנית, ואילצה את הפיקוד הגרמני להטיל למערכה חלק נוסף מעתודותיו הניידות.
ב-7 ביולי, לאחר שערכו מחדש את כוחותיהם, חידשו הגרמנים את המתקפה, במאמץ לפרוץ דרך רצועת ההגנה הסובייטית השנייה. קורפוס הפאנצר ה-41 המתוגבר התקדם דרום מזרחה לכיוון תחנת הרכבת בפונירי, בעוד קורפוס הפאנצר ה-47, ממערב לו, תקף דרומה לכיוון קאשירה ואולחובטקה. שני הקורפוסים לא הצליחו להשיג התקדמות משמעותית במהלך היום וספגו אבדות כבדות. הקרב הפך לקרב התשה, והעתודות המשוריינות הסובייטיות המשיכו להנחית התקפות נגד על הכוחות הגרמנים המתקדמים, אם כי רוקוסובסקי החליט למקם את רוב הטנקים שלו בעמדות תובה, כדי לא לחשוף אותם לאש משחיתי הטנקים והטנקים הכבדים הגרמניים. הכוחות הסובייטיים שהגנו על אזור פונירי קיבלו סיוע ארטילרי מסיבי מקורפוס הארטילריה ה-4 מעתודת הפיקוד העליון, שכלל 700 תותחים ומרגמות ו-432 מטל"רים קטיושה. צפיפות הארטילריה הסובייטית באזור זה הגיעה ל-92 קנים בממוצע לק"מ של חזית. במשך ארבעה ימים (7 - 10 ביולי) התחוללו קרבות קשים סביב פונירי, בהם סבלו שני הצדדים אבדות כבדות. הכפר ותחנת הרכבת עברו מיד ליד מספר רב של פעמים, אך התקדמות הכוחות הגרמניים נבלמה. אבדות הגרמנים באזור פונירי בלבד הוערכו בלמעלה מעשרת אלפים הרוגים ופצועים וכ-220 טנקים ותותחי סער .
החל מה-8 ביולי ריכזו הגרמנים את המאמץ העיקרי בגזרת קורפוס הפאנצר ה-47, שם תקפו ארבע דיוויזיות פנצר ודיוויזיית פאנצרגרנדיר בחזית צרה, שרוחבה לא עלה על 10 ק"מ. למרות התקפות נגד סובייטיות בלתי פוסקות, הצליחו הכוחות הגרמניים להמשיך להתקדם באיטיות דרומה, כבשו את קאשירה, וב-10 ביולי הגיעו עד מרחק קצר מטאפלוי (Teploe) כ-15 ק"מ מנקודת ההתחלה של המתקפה הגרמנית. זו הייתה הנקודה הרחוקה ביותר אליה הצליחו להגיע כוחות הארמייה התשיעית. הפיקוד הסובייטי הזרים תגבורות חזקות לאזור והצליח לבלום את המשך ההתקדמות הגרמנית.
עד ה-10 ביולי הגיעו אבדות כוחות השריון הגרמניים לממדים כאלו, שהם לא היו מסוגלים להמשיך להתקדם. הארמייה התשיעית נותרה עם פחות ממחצית הטנקים עימם פתחה את הקרב. משחיתי הטנקים והטנקים מדגם טיגר, שהובילו את המתקפה, ספגו אבדות כבדות במיוחד. לדוגמה, גדוד היאגדפנצר הכבד ה-653, שפתח את הקרב עם 45 משחיתי טנקים מדגם פרדיננד, נשאר ללא אף כלי כשיר לתנועה ב-8 ביולי, ואילו גדוד הפאנצר הכבד 505, שפתח את הקרב עם 31 טנקי טיגר, נותר עם 4 טנקים מבצעיים בלבד, לאחר שלושה ימי לחימה. רוב הכלים המשוריינים שנפגעו לא הושמדו, אך הוצאו מכלל פעולה לפחות למשך מספר ימים. שדות המוקשים הסובייטיים, ובמיוחד שדות מוקשים חדשים, שהונחו במהלך הקרב על ידי יחידות הנדסה סובייטיות מיוחדות, מילאו תפקיד מרכזי בהאטת קצב ההתקדמות הגרמנית ובגרימת אבדות לכלי הרכב המשוריינים. לפי מקורות סובייטיים לפחות 420 טנקים ותותחי סער גרמניים נפגעו במהלך הלחימה ממוקשי נ"ט בלבד.
ב-12 ביולי פתחו חזית בריאנסק הסובייטית והאגף השמאלי של החזית המערבית במבצע קוטוזוב, מתקפה מתוכננת מראש, שנועדה לכבוש את בליטת אוריול, מצפון לבליטת קורסק, ולחסל את הכוחות הגרמניים שהחזיקו בה. הבליטה, שנכבשה על ידי הצבא הגרמני כבר בסוף 1941, הוחזקה על ידי ארמיית הפאנצר השנייה והארמייה התשיעית מקבוצת ארמיות מרכז. המתקפה הסובייטית תוכננה והוכנה היטב, והכוחות התוקפים הצליחו לפרוץ תוך זמן קצר דרך מערך ההגנה הגרמני בגזרה המרכזית והצפונית של בליטת אוריול, ולהתקדם לכיוון העיר אוריול. הארמייה התשיעית עצרה באופן מיידי את המשך המתקפה שלה על בליטת קורסק, והחלה להעביר במהירות את כוחותיה צפונה, כדי לתגבר את הכוחות הבולמים את המתקפה הסובייטית החדשה. עד ה-15 ביולי השלימו הגרמנים את פינוי כוחותיהם מהשטח שכבשו במהלך מתקפת הארמייה התשיעית וחזרו לעמדות המוצא שלהם. המשמעות המעשית של סיום המתקפה הגרמנית בגזרה הצפונית של בליטת קורסק, הייתה אובדן הסיכוי להשיג את יעדי מבצע מצודה ולהשלים את כיתור הכוחות הסובייטיים בשטח הבליטה. הזרוע הדרומית של המתקפה הגרמנית נותרה תלויה באוויר.
הגורמים העיקריים לכישלון המתקפה של הארמייה התשיעית היו ההכנה הקפדנית של קרב המגננה הסובייטי בצפון בליטת קורסק, והדרך בה ניהל קונסטנטין רוקוסובסקי מפקד החזית המרכזית את המערכה. רוקוסובסקי הצליח לצפות במדויק היכן תונחת המתקפה הגרמנית, ודאג לבצר היטב את האזור, שנועד לספוג את עיקר המהלומה הגרמנית, תוך שהוא מפנה לשם כוח אדם וציוד מאזורים אחרים. הארמייה ה-13, שהגנה על הגזרה שספגה את עיקר המתקפה הגרמנית, החזיקה בחזית ברוחב 32 ק"מ בלבד, ותוגברה עד שכללה 12 דיווזיות רגלים (מתוכן 3 דיוויזיות עילית מוטסות), בסיוע יחידות טנקים, תותחים מתנייעים, ארטילריה ותותחי נ"ט. במהלך הקרב הניע רוקוסובסקי במיומנות את עתודותיו, והצליח לסכל את כל הניסיונות הגרמניים לפרוץ את חזיתו. הפיקוד הסובייטי העריך, בטעות, שהמתקפה הגרמנית העיקרית תונחת בצפון בליטת קורסק, ולכן העניק לחזית המרכזית עדיפות בהקצאת עתודות ומשאבים (כגון הקצאת תחמושת ארטילרית). אולם בפועל, לארמייה התשיעית היו הרבה פחות כלי רכב משוריינים מאשר לכוחות הגרמנים שתקפו את הגזרה שהוחזקה על ידי חזית וורונז' בדרום בליטת קורסק, ורבים מהם היו מדגמים מיושנים יחסית. דיוויזיות הפאנצר שעמדו לרשותה ספגו אבדות כבדות במסגרת הדיפת שורת המתקפות הסובייטיות על מבלט רז'ב, ועדיין לא חזרו לכוחן המקורי. בנוסף לכך, רוקוסובסקי ריכז את עיקר כוחותיו באזור ההגנה הטקטי, בעומק עד 20 קילומטרים מקו החזית, על חשבון החלשת כוחותיו באזורי ההגנה העמוקים יותר. גם כאשר נסוגו כוחותיו תחת לחץ המתקפה הגרמנית, הנסיגה בוצעה בצורה איטית ומאורגנת, שלא איפשרה לכוחות הגרמניים להבקיע את החזית הסובייטית.
חלק מהחוקרים שעסקו בקרב קורסק סוברים, שהתנהלותו של מפקד הארמייה התשיעית, מודל, במהלך המתקפה על האגף הצפוני של מבלט קורסק, הייתה זהירה מדי, ותרמה לכישלון המתקפה בגזרתו. הימנעותו של מודל מהטלת מרבית הכוחות הניידים שעמדו לרשותו למערכה ביום הראשון למתקפה, לא אפשרה לכוחותיו לחדור לעומק מערך ההגנה הסובייטי בימים הראשונים של המתקפה, לפני שהפיקוד הסובייטי הספיק להזרים את עתודותיו לזירת המערכה. מודל הטיל את דיוויזיות הפאנצר והפאנצרגרנדיר שלו לשדה הקרב טיפין טיפין, וכאשר חייב את עיקר כוחות השריון שלו למערכה, כבר היה מאוחר מדי, ולא ניתן היה להבקיע את מערך ההגנה המתוגבר של רוקוסובסקי. רוב ההתקדמות של הארמייה התשיעית הושגה ביומיים הראשונים של המתקפה. לאחר מכן הואטה ההתקדמות הגרמנית לכדי זחילה, עד שנבלמה לחלוטין. מצד שני, גישתו הזהירה של מודל, הפחיתה את מידת הפגיעה בכוחותיו הניידים, וכאשר נפתחה מתקפת הנגד הסובייטית על מבלט אוריול, עדיין עמדו לרשותו עתודות משוריינות חזקות.
אין בידינו נתונים מדויקים לגבי האבדות, שספגו הצדדים היריבים במהלך המתקפה הגרמנית הכושלת על האגף הצפוני של בליטת קורסק (5 - 12 ביולי). לפי מקורות גרמניים הארמייה התשיעית ספגה למעלה מ-20 אלף נפגעים, ו-647 טנקים ומשחיתי טנקים שלה נפגעו בדרגות שונות של חומרה (143 מתוכם הושמדו לחלוטין). קיימת אי בהירות לגבי האבדות שספגו כוחותיו של רוקוסובסקי במהלך הקרב. לפי מקורות סובייטיים שונים הן נעו בין 33 אלף ל-90 אלף נפגעים. בנוסף לכך נפגעו/הושמדו 526 טנקים ותותחים מתנייעים סובייטיים .
במקביל למערכה הקרקעית בצפון בליטת קורסק, התנהלו קרבות אוויר קשים על השגת שליטה אווירית בשמים מעל שדה הקרב, בהם השתתפו מאות מטוסי קרב מכל צד. אף אחד מהצדדים לא הצליח להשיג עליונות אווירית מוחלטת, אך שניהם הצליחו לגרום אבדות ניכרות לכוחות הקרקע של הצד שכנגד. צי האוויר השישי הגרמני טען, שבשלושת הימים הראשונים של הלחימה, הפילו מטוסיו 386 מטוסים סובייטיים, ואיבדו רק 39 מטוסים, יחס אבדות של 10:1. אולם נוכח השיפור שחל באיכות המטוסים הסובייטיים, ובמערך הפיקוד והשליטה שלהם, הטענות הגרמניות ביחס לאבדות הצד הסובייטי נראות מוגזמות ביותר.
הפעולות בגיזרה הדרומית.