1.德军超强准备，苏军严阵以待
德军自1941年6月入侵苏联至1943年初，已经损失了200万以上的兵员。除了历年的征补外，希特勒在1943年1月13日又发布了“防卫第三帝国”的总动员令，其中把男子征召的范围定在16~65岁。这样，德军此刻仍然能在东线保有198个师。虽然素质不如往昔，但是其整体实力仍旧不可轻视。只是军备的生产一直赶不上作战的损耗，从而严重影响了德军的战斗力。例如1943年1月时，东线全部18个装甲师竟然只有495辆坦克可用，其困境可想而知。
与德军形成对照的是，苏军方面自从斯大林格勒大胜后，利用潮水般的猛攻解放了许多城市，并从中获得了大量的武器装备和充足的兵源。同时，苏联庞大的工业能力也源源不断地供给前线军备。更值得注意的是，苏军4-34坦克的出现使德军也渐渐丧失了武器上的优势。这样，德军便陷入了被动的局面。
面对东线的严峻态势，转任南方集团军司令的曼斯坦因，向希特勒提出了两种选择：其一是放弃邓尼茨河附近的土地以引诱苏军深入，待苏军战斗力衰竭后再予以反击；其二是乘苏军尚未完成攻势准备前先行发动攻击，借助大规模的包围及歼灭战重创苏军。然而，不论是“先攻”或者“后攻”，对曼斯坦因而言，充其量不过是在东线上造成一个和局罢了。
对兼任陆军总司令的希特勒来说，东线的攻守问题不仅仅是个战略问题，更是个重要的政治问题。斯大林格勒大败之后，轴心国之间隐隐产生了一些动摇。希特勒认为，若采取“后攻”，不仅将被迫放弃无数德军用鲜血与生命换来的广大的土地及资源，更会对巴尔干半岛上的轴心国家产生不良的印象。唯有采取主动攻势才能重新巩固“德军无敌”的神话，以加强各盟国的向心力。而且此时土耳其的问题也很棘手，同盟国及轴心国都想争取土耳其加盟，德军势必要在东线有所表现。凡此种种因素，迫使希特勒作出了“先攻”的决定，而库尔斯克战线的突出部分正是攻击的最佳目标。
斯大林格勒惨败之后一直苦恼不已的希特勒决定先发制人，以库尔斯克为突破口，发起新一轮攻势，歼灭苏军主力兵团，保住奥寥尔突出部，为中央集团军群和南方集团军群的进一步东进创造有利条件。希特勒为此将集中50个陆军师，共90万人、2000多辆坦克。如此大规模的军事准备苏军岂会视而不见？他们通过有效的情报侦察，对希特勒的企图了如指掌。统帅部决定后发制人，先在库尔斯克地域以坚强的防御作战拖垮进攻之敌，尔后发起反攻，回兵削掉奥廖尔突出部。他们在该地域投入了中央方面军和沃罗涅日方面军，共130万人，坦克也达近3000辆，另有草原方面军的强大预备队作后援。
1943年4月15日，德军开始拟定第6号作战行动。由中央集团军及南方集团军对库尔斯克一带的突出部分实施南北夹击，企图包围并歼灭其间的大量苏军。依照曼斯坦因的计划，攻势应当在5月初融雪期结束后发动，只要苏军整补还未完成，德军便有可能重演1941年的大胜。但是许多的因素使得攻击发起日一延再延，结果白白地延误了大好战机。
其中最重要的因素便是坦克数量的不足，重坦克更是如此。德军入侵苏联初期虽然在坦克数量上居于劣势，但是仍能靠优秀的乘员以及新式坦克打败苏联。但是随着战局的发展，出现了新的变化：苏军在1941年底又研制出了新型T-34型坦克，这种坦克无论在火力、防护力还是机动力方面都比德国坦克优秀。因此，德军对新型坦克的需求已是迫在眉睫。
为此，德军也研制开发了新型豹式坦克以及虎式坦克。其中虎式坦克是搭载88毫米反坦克炮的重装甲坦克，深得希特勒的厚爱。希特勒甚至认为一个虎式坦克营即抵得一个坦克师的战斗力，因此坚持要等到拥有足够的数量时才能发动攻击。然而此时虎式和豹式坦克的月产量不过各只有25辆而已。
不过这种窘状很快便得到改善，1943年2月，德军“装甲部队之父”古德里安将军出任德军装甲兵总监，肩负起重建装甲部队的任务。另外，修贝亚接任军需部长，统一并强化了德国的军需生产。由于这两人不断努力，德军装甲部队又渐渐恢复了元气。
另外，1943年5月，北非的25万轴心军向英美盟军投降，这对希特勒而言无疑又是一个沉重的打击。而且，在扫清非洲障碍后，英美联军极可能在近期内进攻意大利，这也是个潜在的威胁。在东部前线，越来越多的情报显示出苏军已经加强了库尔斯克一带的兵力。德军的攻势越往后延，苏军的防御工事就越坚固。况且此时苏联正以每月近千辆的速度生产T-34型坦克。德军担任北面主攻的第9军团指挥官摩德尔不得不一再请求增加部队，以面对越来越强的苏军。
这许多因素使得希特勒一再延后攻击发起日，直到7月初，德军才算完成攻击准备，而曼斯坦因原本计划的时机早已不存在了。
与德军一筹莫展的境况相比，苏军也强不到哪儿去。在红军最高指挥部内，斯大林和以朱可夫为首的将军们也面临着“先攻”或“后攻”的抉择。然而他们借助于“露西”间谍网的帮助，准确而迅速地作出了决定。
“露西”是鲁道夫·李斯特的匿名。他在第一次大战时即加入德军，但他却是个彻底反纳粹的人。纳粹兴起后，李斯特偷偷组织了10名反纳粹的军官，这10人都留在战后的国防军中，其中5人升至将官。8人任职于国防军最高司令部，另2人任职于德国空军。李斯特本人则住在瑞士，随时将手下得到的情报传到苏联，这些情报后来果然起到了重大的作用，连李斯特自己也始料不及。
早在1943年4月，“露西”即对红军提出了警告：德军将在泥泞期结束后立即发动夏季攻势，而库尔斯克的突出部正是德军的攻击目标。由于情报周全，再加上希特勒一再延后开战日期，苏军遂得以从容布置防御阵地，静待着德军的攻击。
对垒双方都深谙空中支援之道，为此都投下了血本。德国空军集结了2000余架飞机，占苏德战场的70％。其中13个大队专门从本土和法国、挪威调来，这当中不乏能征善战的精锐之师，包括曾击落近千架敌机的第3战斗联队、第52战斗联队，以及俯冲轰炸航空兵主力——曾在波兰参与维卢尼大屠杀、在海上击沉苏联“玛拉塔”号战列舰的第2俯冲轰炸联队。苏军的投入也并不逊色，他们投入了中央方面军空军第16集团军、沃罗涅日方面军空军第2集团军、西南方面军空军第17集团军和远程航空兵主力兵团，共有飞机3100架，兵力数量远远优于德军。苏军的主力战斗机是雅克-3、雅克-9和拉-5，性能与德国最新型的Me-109G和FW-190A大体相当，特别是拉-5H型属最新改进型，首次投入战场。该型飞机发动机1850马力，比一般战斗机高出80马力，机动性好，坚固耐用。
苏军在库尔斯克一带共集结了130万名士兵、超过2万门的火炮和3500辆坦克，它们分属北边洛克索夫斯基指挥的中央方面军以及南边瓦图丁指挥的佛洛尼兹方面军。另外它的北面有帕波夫指挥的白扬斯克方面军，南边是马林诺夫斯基的西南方面军。其后的预备队则是可涅夫指挥的斯帝普方面军。这些兵力合在一起，总数超过200万，坦克更多达5000辆。
苏军把这项行动取名为“库图佐夫作战”。苏军在德军可能进攻的方向，以层层的地雷、铁丝网、碉堡及战壕构成一个巨大的防御阵地。据估计，平均每公里正面埋下了1500枚以上的反坦克地雷以及无数的人员杀伤雷。其密度是莫斯科防御战的6倍，斯大林格勒会战的4倍。
与此同时，苏军一道道的壕沟及反坦克阵地也布满了库尔斯克地区。光是中央方面军即挖了大约54公里的战壕。每个阵地有3~5门重型反坦克炮、2~5门迫击炮，并有交通壕互相连结。苏军将许多反坦克炮放在改装的农舍中，前线的坦克也开进坦克壕中，仅露出炮塔射击。这种阵地战准备的规模之大，也是历次战争中罕见的。
为了防御德国空军的攻击，苏军在库尔斯克突出部内集结了9个防炮师、40个防空团、17个防空营，甚至还有10列防空装甲列车。
在苏军做好了充分准备的同时，德军至7月初也已完成所有的攻势准备：担任北面夹击任务的是克鲁格指挥的中央集团军，下辖第2装甲军团及第9军团，担任主攻的第9军团由摩德尔指挥，辖有6个装甲师、1个机械化师及十多个步兵师。大约有960辆坦克、2400门火炮，第2装甲军团则防守奥廖尔突出部以掩护第9军的侧翼。
伴着俄罗斯平原的暖风阵阵吹来，数千辆坦克和数千架飞机齐聚库尔斯克地域，一场规模空前的空地大血战即将拉开帷幕。
北线的战斗首先在空中打响。还在双方筹备战事阶段，双方空军就竞相以对方航空兵为主要目标展开了一场对攻战，目的都是为即将打响的大决战作准备。
1943年5月6日，苏联空军首先发起空中进攻战役，连续4天猛烈地轰炸库尔斯克及其毗邻地区的德军26个机场，出动飞机总数高达1392架次，在机场上击毁德机373架，击伤51架，令惯于突击敌方机场的德国空军饱尝了被别人攻击之苦。5月8日开始，苏军又进行了第二次空中进攻战役，继续猛轰德军机场，出动规模竟达到了3360架次。在突击机场的同时，苏联空军还对战区内和敌纵深交通线、仓库、通信指挥中心施加了猛烈打击。
德军也出动大批飞机对苏军机场和铁路线进行突然轰炸。6月2日，德军287架轰炸机在战斗机掩护下，分多批扑向库尔斯克铁路枢纽，苏军起飞386架歼击机拦截，经过数小时空中对攻，一举击落德军第一梯队轰炸机58架。但德军后续梯队的160架轰炸机乘机突入了库尔斯克，对铁路枢纽投下了数十吨炸弹，致使苏军铁路运输中断了12小时。此役德军总共损失飞机145架，苏军损失则少得多。
苏军这两次空中进攻战役，使德军航空力量受到一定程度的削弱，改善了空中力量对比，为即将打响的大决战创造了良好条件。
在库尔斯克南，德军的实力也不弱。在那里，主攻的第4装甲军团由霍斯指挥，辖有5个装甲师、1个机机械化师及5个步兵师。右侧是肯夫指挥的肯夫军团，包含3个装甲师及3个步兵师，士兵总数也有20万之众，拥有坦克1500辆。
加上全线的防御及支援兵力，德军在库尔斯克一共投入了90万名士兵、2700辆坦克、2000多架飞机以及1万门火炮。其全部兵力占德军总兵力的1/3强。
当大进攻进入倒计时阶段时，双方的空军都加紧展开了侦察工作。7月2日，希特勒在东普鲁士的总统大本营中召见德军的高级将领及主要的前线指挥官。由于德军攻势延后，侦察得到的种种迹象都显示苏军已经增强了兵力，德军已经不可能再有奇袭的优势。曼斯坦因最初原本倾向“后攻”方案，后来虽然勉强同意采取“先攻”，但拖到此时，情势已经改观了。在一番分析比较后，希特勒最后下令：7月5日凌晨3时30分展开强击。
苏军代理最高指挥官朱可夫及参谋总长瓦西列夫斯基在综合各项侦察情报后，于7月2日对各地守军提出警告。他指出德军可能在7月3日至6日展开攻击，要求各地军队严加戒备。
到了7月4日晚上，苏联中央方面军的侦察部队发现前线的德军工兵正在清除前线的地雷带，便派兵追歼。双方发生小规模的冲突后，苏军带回一名德军俘虏。该俘虏属于德军第6步兵师的工兵营，他透露说：德国将于翌日凌晨3时30分发动攻击，各部队已进入战斗位置等等。有了这些情报后，苏军将领们对战局更加有把握了。
7月5日凌晨3时25分，就在德军准备猛攻之际，一颗颗重型炮弹突然从天而降，砸向德军阵地。紧接着，苏联空军也一齐冲向德军前线机场，只几分钟便炸毁德机60余架。幸亏一些德战斗机部队反应敏捷，紧急升空，遏制了苏机的攻势，停放在各机场上的大批轰炸机才未遭到更大损失。但它们发起进攻的时间却被迫推迟。早上5时30分，稳住阵脚的德军才分别从北面的奥寥尔和南面的别耳哥罗德发起了南北对进攻势，早有防备的苏军地面部队立即展开了顽强阻击。
德国空军为了给接下来的坦克部队前进铺平道路，在南北两路的进攻方向上均投入了大量轰炸机、俯冲轰炸机和强击机。同时还派出大批战斗机为轰炸机和地面部队提供空中掩护。苏联空军也针锋相对，派出大批歼击机争夺制空权，拦截来袭之敌，同时以轰炸机、强击机猛轰敌地面部队。双方在地面战场均投入了上千辆坦克和自行火炮，双方空军均拿出反坦克杀手锏。苏军强击机配备了一种新式反坦克聚能炸弹，它重约2.5公斤，能击穿德军最新型的“虎”式和“豹”式坦克。德军则使用了两种专用反坦克攻击机，一种是改装了的HS－129Ｂ2强击机，它发射的穿甲弹由钨合金包覆弹头，能穿透数十毫米厚的坦克装甲；另一种是JU－87Ｇ型飞机，摧毁力更大。这两种飞机均在1942年下半年研制成功，属世界第一批专用反坦克攻击机，德军用它们组建了若干个反坦克攻击大队，指望它们能在这次行动中一显身手。
激烈的战斗在空中和地面同时铺开。双方的歼击机与歼击机之间、歼击机与轰炸机之间、轰炸机与坦克之间展开了天昏地暗的大混战。空战、空袭、反空袭交替进行，直杀得库尔斯克地域烈焰翻卷不休，浓烟遮天蔽日。
2.地空大决战
7月12日，德军南方集团军对普洛赫洛夫卡发动了总攻击。如果德军能顺利占领该城，那么德军进攻库尔斯克的取胜把握便会大增。
德国担任主攻的是豪瑟将军指挥的第2SS军团，辖有近700辆坦克。SS是希特勒的私人军队，也是希特勒种族优越神话下的产物。加入SS的士兵不仅要有纯正的雅利安血统，也要求具备强健的体格。纳粹在宣传上总是将SS塑造成钢铁般的劲旅，但实际上SS缺乏有经验的各级干部，战斗的伤亡率颇高，并不见得比国防军的精锐部队高明多少。不过SS的人员及装备补充都有优先权，编制也比国防军的部队大。因而，SS仍称得上是德军引以为傲的精锐部队。
