Erst im Zuge der deutschen Sommeroffensive 1943 gegen den Frontbogen bei Kursk (→ "Unternehmen Zitadelle") wurden Lemelsens Panzerkorps wieder mehrere motorisierte Verbände zugeteilt, mit denen er die Speerspitze des nördlichen Angriffs auf Kursk bildete. Diese Divisionen führte er im Juli/August 1943 auch bei der Abwehr der sowjetischen Offensive Orjoler Operation sowie beim Rückzug auf die Panther-Stellung am Dnepr. Für seine Führungsleistung in diesen Kämpfen wurde Lemelsen am 7. September 1943 mit dem Eichenlaub zum Ritterkreuz ausgezeichnet.