Das Oberkommando der Roten Armee kannte aufgrund von Spionage mittlerweile den genauen Angriffszeitpunkt und belegte ihrerseits 30 Minuten vor dem deutschen Angriffsbeginn die feindlichen Bereitstellungsräume mit dichtem Artilleriesperrfeuer. Am 5. Juli 1943 begann dennoch der deutsche Angriff, die Rote Armee verteidigte sich verbissen und führte ständige Gegenangriffe. Die 9. Armee, die mit weniger Panzern ausgestattet war als die 4. Panzerarmee, lief sich unter großen Verlusten am 10. Juli in den befestigten Stellungen des Gegners fest. Es wurde ein Einbruch von gerade 15 bis 20 km erzielt. Größere Erfolge konnte dagegen die 4. Panzerarmee erzielen, die einen Einbruch von etwa 30 bis 35 km erkämpfte. Jedoch zeichnete sich ab dem 11. Juli eine große sowjetische Offensive der Westfront und der Brjansker Front gegen die nördlich von Orel stehende 2. Panzerarmee ab, und unter diesem Druck musste die 9. Armee ihren Angriff einstellen und Truppen dorthin zur Flankendeckung abgeben, während die 4. Panzerarmee noch weitere zwei Tage den Angriff fortsetzte. Die inzwischen erfolgte Landung der Alliierten auf Sizilien am 10. Juli bewog Hitler dann endgültig, den Angriff auf Kursk am 13. Juli 1943 einzustellen und Truppen nach Italien zu verlegen. Die Kursker Schlacht war der letzte Versuch der deutschen Wehrmacht, in der Sowjetunion durch eine große Offensive erneut die militärische Initiative zu erlangen.