Ofenziva je planirana da započne tijekom svibnja pod tajnim nazivom Zitadelle (tvrđava, citadela). Međutim, već je od samih priprema plan bio osuđen na propast. Sovjetske su snage, posredstvom špijunske mreže u Švicarskoj (pod tajnim imenom "Lucy") saznale za planove. Nadalje, Hitler je kontinuirano odgađao ofenzivu dok nova oružja ne budu spremna da se pridruže u ofenzivi.

Tako je njemačka ofenziva pokrenuta tek 5. srpnja, do kada su Sovjeti teško utvrdili to područje, pripremivši tri linije obrane i gurnuvši u džep većinu svoje operativne rezerve.

U bitci je s njemačke strane angažirano 50 divizija (od kojih 14 oklopnih i 2 motorizirane) - ukupno oko 800.000 vojnika, 2700 tenkova i samovoznog topništva, 10.000 topova i minobacača, uz podršku oko 2000 zrakoplova. Rusi su imali izvjesnu brojčanu nadmoć u ljudstvu i naoružanju - 20.000 topova i minobacača, 920 raketnih bacača (kaćuša), 3600 tenkova, uz podršku 2400 zrakoplova.

Napad je krenuo istovremenim udarom sa sjevera pod zapovjedništvom Modela (Grupa armija Centar) i juga pod zapovjedništvom von Mansteina (Grupa armija Jug). Sjeverni je udar napredovao vrlo slabo, ali je na jugu uspješno probijena sovjetska obrana.

Međutim, teški otpor, preslabe njemačke snage i česti kvarovi na novoj i neisprobanoj opremi doveli su do usporavanja ofenzive u svega dva tjedna.

Kod mjesta Prokhorovka, sovjetske su snage lansirale siloviti tenkovski protuudar koji je doveo do golemog sudara tenkova, vjerojatno najvećeg u povijesti.

Iako je rezultat bio taktički neodlučan, Sovjeti su sa svojim inferiornijim T-34 tenkovima Nijemcima uspjeli zadati gubitke koje ovi nisu bili u stanju nadoknaditi.

Nijemci su nakon toga zastali na dostignutim položajima, ali se vrlo brzo pokazalo kako su toliko iscrpljeni da više nisu u stanju zaustaviti sovjetsku protuofenzivu, koja je odmah započela, prvo na sjeveru, a mjesec dana kasnije i na jugu.

Istovremeno, zapadni su Saveznici izvršili invaziju na Siciliju, što je dovelo do povlačenja nekih jedinica i daljnjeg usporavanja ofenzive.

Nakon što su tako oslabljene, Njemačke snage nisu bile spremne za sovjetski protuudar koji je uslijedio. Nakon zaustavljanja njemačkog proboja, ruske su snage izvele uspješan i dugo pripreman protunapad i do 23. kolovoza Nijemci su poraženi i bačeni daleko od početnih položaja.

Do kraja 1943. godine, Sovjeti su oslobodili veliki dio Ukrajine, uključujući i Kijev početkom studenoga. Pobjedom Crvene armije u ovoj bitci, inicijativa na Istočnom frontu prešla je trajno na sovjetsku stranu. Od tada pa sve do kraja rata njemačke jedinice nalazile su se u konstantnoj defenzivi.

Nijemci su imali oko 60.000 poginulih i oko 150.000 ranjenih vojnika. Stvarni ruski gubitci objelodanjeni su tek 1991. godine i iznosili su oko 80.000 poginulih, uz velik broj ranjenih i nestalih.