Trận Vòng cung Kursk
Giai đoạn phản công của quân đội Liên Xô > Trên hướng Belgorod - Kharkov

Bài chi tiết: Chiến dịch phản công Belgorod-Kharkov
So với Phương diện quân Trung tâm và Phương diện quân Bryansk, Phương diện quân Voronezh chịu thiệt hại nhiều hơn cả trong các trận đánh phòng thủ từ ngày 5 tháng 7 đến ngày 23 tháng 7 (gấp rưỡi thời gian phòng thủ của hai phương diện quân nói trên). Thiệt hại về người và vật chất cũng lớn hơn: 27.542 người chết, 46.530 người bị thương,, hơn 700 xe tăng bị bắn hỏng và bắn cháy. Phương diện quân này cần có thời gian để bổ sung quân số và phương tiện để phục hồi các đơn vị, trong đó, cần khoảng 500 xe tăng để phục hồi lại các quân đoàn thiết giáp và cơ giới. Ngày 25 tháng 7, Bộ Tổng tư lệnh quân đội Liên Xô điều động các tập đoàn quân 27 và 53 từ Phương diện quân Thảo nguyên đến khu vực phía nam vòng cung Kursk. Hơn 600 xe tăng đã được cấp để phục hồi các quân đoàn xe tăng 2, 18, 29, các quân đoàn xe tăng cận vệ 2, 5 và Quân đoàn cơ giới 3. Mặt khác, đây cũng là hướng mà quân đội Đức Quốc xã đạt được chiều sâu đột phá lớn nhất (đến 48 km) trong toàn chiến dịch. Việc di chuyển Phương diện quân Thảo Nguyên từ chiều sâu phòng thủ 150 đến 300 km ra tuyến trước cũng mất hàng tuần lễ do các quyến đường sắt bị phá hủy nặng nề. Vì vậy, trong khi các Phương diện quân Bryansk và Trung tâm đã phản công từ ngày 12 tháng 7 thì mãi đến ngày 23 tháng 7, khi các sư đoàn cuối cùng của Cụm tập đoàn quân Nam (Đức) đã rút sâu về xung quanh Kharkov, Phương diện quân Tây Nam và Phương diện quân Thảo nguyên mới bắt đầu phản công và phải xây dựng một kế hoạch phản công mới thay cho kế hoạch ngày 8 tháng 7 đã phá sản. Ngoài ra, do Phương diện quân Voronezh đã tổn thất khá nhiều sinh lực và phương tiện trong giai đoạn phòng thủ của chiến dịch nên Bộ Tổng tư lệnh quân đội Liên Xô huy động cả cánh phải của Phương diện quân Tây Nam cùng tham gia giai đoạn phản công trên hướng Belgorod - Kharkov. Chiến dịch được lấy mật danh "Thống chế Rumyantsev".
Ngày 23 tháng 7, Phương diện quân Tây Nam đã khôi phục lại tuyến mặt trận trước ngày 5 tháng 7 và phải dừng lại chờ đến ngày 30 tháng 7, Phương diện quân Thảo nguyên mới tập kết xong các binh đoàn xe tăng và bộ binh, di chuyển không quân và các căn cứ hậu cần ra tuyến trước. Sau 3 ngày triển khai pháo binh và trinh sát trận địa, ngày 3 tháng 8, cuộc phản công bắt đầu trên hướng Belgorod.
Lúc 5 giờ sáng, Pháo binh Liên Xô pháo kích liền một mạch dài tới 3 tiếng vào các tuyến phòng thủ của các Quân đoàn xe tăng 3 và bộ binh 11 (Đức) quanh cụm phòng thủ Belgorod - Borisovka - Tomarovka. Hơn 450 phi vụ cường kích IL-2 và ném bom Pe-2 được các tập đoàn quân không quân 2 và 5 (Liên Xô) thực hiện trên một khu vực hẹp có bán kính chỉ 5 km xung quanh Belgorod. 8 giờ, khi pháo chuyển làn bắn sâu vào các đường giao thông nối Belgorod với Kharkov và các khu phòng thủ phía nam, các tập đoàn quân xe tăng 1 và 5 (Liên Xô) xuất phát tấn công. Mũi tấn công của Tập đoàn quân xe tăng 1 xuất phát từ Laptevka dọc theo con đường sắt Lgov - Zolochev vòng ra phía sau khu phòng thủ Borisovka và Tomarovka của Quân đoàn xe tăng 3 (Đức). Mũi đột kích của Tập đoàn quân xe tăng cận vệ 5 từ khoét sâu vào điểm tiếp giáp giữa Quân đoàn xe tăng 3 và Quân đoàn bộ binh 11 (Đức) và tạo một hành lang rộng 15 km, sâu 55 km chia cắt hai quân đoàn này.
Trên chính diện Belgorod, các tập đoàn quân cận vệ 7 và 69 đột kích vào Belgorod từ hướng Bắc và hướng Đông. Chiều ngày 5 tháng 8, Belgorod đã nằm trong tay Quân đội Liên Xô. Quân đoàn 11 (Đức) bị đánh bật về phía nam. Tối mùng 5 tháng 8, đến lượt Quân đoàn xe tăng 3 (Đức) bỏ các cứ điểm Borisovka và Tomarovka rút về lập tuyến phòng thủ mới ở Bogodukhov. Trên cánh phải, Tập đoàn quân 40 (Liên Xô) từ khu vực Soldatskoye đánh chiếm Dorogoshch ngày 6 tháng 8 và hướng đòn tấn công về thành phố Grayvoron, Tập đoàn quân 47 đánh chiếm Krasnopolye ngày 7 tháng 8 và phát triển đến phía đông Boromlya.
Belgorod được coi như tiền đồn phòng thủ Kharkov từ phía bắc. Do đó, việc để mất Belgorod làm cho Kharkov hoàn toàn trống trải ở hướng Bắc và là một đòn nặng giáng vào phòng tuyến sông Bắc Donets của Thống chế Erich von Manstein. Ngày 8 tháng 8, Tập đoàn quân 57 được điều chuyển từ Phương diện quân tây nam cho Phương diện quân Voronezh đã vượt sông Bắc Donets ở phía bắc Martove mở một mũi công kích Kharkov từ hướng Đông. Quân đoàn bộ binh 42 (Đức) bị đẩy khỏi tuyến sông và lùi về giữ tuyến phòng thủ thứ hai từ Liptsy đến Chuguyev. Để phát triển cuộc tấn công, ngày 10 tháng 8, các tập đoàn quân cận vệ 6 và 53 được tung vào trận. Tập đoàn quân cận vệ 6 phối hợp với Tập đoàn quân xe tăng 1, Tập đoàn quân 53 phối hợp với Tập đoàn quân xe tăng cận vệ 5. Ngày 11 tháng 8, Tập đoàn quân xe tăng 1 và Tập đoàn quân cận vệ 6 mở mũi đột kích vào Bogodukhov và đánh chiếm thành phố này. Tập đoàn quân xe tăng cận vệ 5 từ Zolochev và Tập đoàn quân 53 từ Kazachya Lopan tấn công dọc theo đường sắt Belgorrot - Kharkov và đến ngày 15 tháng 8 đã chiếm nhà ga Dergachy, cách Kharkov hơn 13 km về phía bắc. Ở phía đông bắc Kharkov, Tập đoàn quân cận vệ 7 và Tập đoàn quân 69 chọc thủng phòng tuyến của Quân đoàn 42 (Đức), đánh chiếm các thị trấn Liptsy và Ternovaya, cũng đã có mặt trước Tsyrkuny cách Kharkov 10 km ngày 16 tháng 8. Cùng ngày Tập đoàn quân 57 cũng áp sát ngoại vi Kharkov từ phía tây.
Cũng trong ngày 15 tháng 8, Tập đoàn quân 47 cùng với Tập đoàn quân cận vệ 4 bao vây và tiêu diệt phần lớn Quân đoàn 52 (Đức) ở khu vực phía đông Trostyanets. Ngày 16 tháng 8, Tập đoàn quân 47 vọt tiến theo hành lang sống Vorshkla, tấn công đánh chiếm Akhtyrka và thọc sâu đến Kotelva. Ngày 16 tháng 8, tướng Hermann Hoth tập trung sư đoàn cơ giới "Großdeutschland", các sư đoàn xe tăng 11 và 17 mở cuộc phản đột kích từ khu vực giữa Trostyanets và Akhtyrka vào sau lưng Tập đoàn quân 47, chiếm lại Akhtyrka. Ngày 18 tháng 8, Tập đoàn quân cận vệ 6 buộc phải phát động sớm cuộc tấn công dọc theo sông Merla, đánh chiếm Krasnokutsk ngày 20 tháng 8, đẩy lùi mũi phản đột kích của các sư đoàn xe tăng, cơ giới Đức. Cùng ngày, Tập đoàn quân 47 vấp phải đòn phản kích của Sư đoàn xe tăng 19 (Đức) và Sư đoàn xe tăng 13 tại Kotelva, phải rút lui về dải phòng ngự của Tập đoàn quân cận vệ 4 với những thiệt hại nặng nề. Trên hướng Kharkov, ngày 17 tháng 8, Tập đoàn quân xe tăng 1 cũng mở một mũi đột kích từ Bogodukhov xuống thành phố Valky với ý định đánh chiếm Merefa và cô lập Kharkov từ phía nam. Tuy nhiên, thống chế Erich von Manstein đã không để cho Quân đội Liên Xô thực hiện ý đồ đó. Sư đoàn cơ giới SS "Wiking", sư đoàn xe tăng SS "Das Reich" và sư đoàn xe tăng 14 từ lực lượng dự bị (Đức) kéo lên tăng viện cho Tập đoàn quân xe tăng 4 đã chặn đứng mũi tiến công của Tập đoàn quân xe tăng 1 (Liên Xô) tại khu vực Lyubotin - Valky. Bộ tư lệnh Phương diện quân Voronezh yêu cầu Trung tướng G. I. Kulik đưa ngay bộ binh của Tập đoàn quân cận vệ 4 tiến ra yểm hộ cho xe tăng của Tập đoàn quân xe tăng 1 nhưng Kulik đã hành động quá chậm chạp, để cho bốn sư đoàn xe tăng và bộ binh Đức đánh tiêu hao 6 lữ đoàn xe tăng của Katukov, buộc Tập đoàn quân xe tăng 1 phải lùi về Olshany với những thiệt hại không nhỏ cả về người và xe tăng. Trong các cuộc tấn công từ ngày 23 tháng 7, mặc dù binh lực hầu như chưa bị sứt mẻ nhưng Tập đoàn quân cận vệ 4 luôn luôn tụt lại sau, làm cho hai tập đoàn quân 47 và xe tăng 1 ở bên phải và bên trái họ thường bị hở sườn. Do chỉ huy kém, tướng Kulik bị cách chức. Trung tướng A. I. Zygin được chỉ định thay thế.
Sáng 18 tháng 8, 5 tập đoàn quân Liên Xô đã bao vây Kharkov từ ba phía: phía tây và tây bắc có Tập đoàn quân xe tăng cận vệ 5 và Tập đoàn quân 53, phía bắc có Tập đoàn quân 69, phía đông và Đông Nam có Tập đoàn quân cận vệ 7 và Tập đoàn quân 57. 6 giờ sáng, Tập đoàn quân 53 được phối thuộc Quân đoàn cơ giới cận vệ 1 mở đầu cuộc tấn công vào từ phía tây bắc vào Kharkov. Chiều 18 tháng 8, các sư đoàn bộ binh 252, 299 và sư đoàn bộ binh cận vệ 14 đã đánh chiếm hai điểm cao 197,3 và 208,6 ở làng Peresechnaya. Từ hai điểm cao này, pháo binh Liên Xô đã có thể đặt toàn bộ nội đô thành phố trong tầm hỏa lực bắn thẳng. Để tăng tốc độ tấn công, tướng I. S. Konyev điều Tập đoàn quân xe tăng cận vệ 5 vòng xuống phía tây nam, đánh chiếm các làng Korotych và Pokhotilovka (???) để chặn đường rút của quân Đức trong thành phố sang Lyubotin và xuống Merefa. Tập đoàn quân 57 cũng đánh chiếm Chuguev, Rogan và Bezlyudovka, áp sát Kharkov từ hướng Đông Nam. Ngày 20 tháng 8, hai tập đoàn quân cận vệ 7 và 69 cũng mở cuộc tổng công kích vào Kharkov từ phía bắc và đông bắc, đánh chiếm Tsyrkuny và chỉ còn cách Kharkov 15 km. Ngày 21 tháng 8, tướng Werner Kempf tung hai sư đoàn bộ binh 106 và 153 (Đức) phản kích vào Tập đoàn quân xe tăng cận vệ 5 để mở đường rút lui. Trong thành phố, các tổ hoạt động bí mật của đội du kích Sidor Kopvak bắt đầu các hoạt động phá hoại ngầm, gây rối loạn cho quân đội Đức Quốc xã trong thành phố. Đêm 22 tháng 8, cả năm tập đoàn quân Liên Xô mở cuộc tổng công kích Kharkov từ 3 hướng, Khoảng 1/3 quân số còn lại của Quân đoàn bộ binh 42 và Quân đoàn Raus thoát khỏi Kharkov qua ngả Merefa. 8 giờ sáng ngày 23 tháng 8, sư đoàn bộ binh 183 thuộc Tập đoàn quân 69 đánh chiếm Quảng trường Dzerzhinsky ở trung tâm thành phố, kết thúc chiến dịch mang tên "Thống soái Rumyantsev".