1943年初，苏军在取得斯大林格勒战役的胜利后，开始反击。但德军仍占有一些优势。2月19日，曼斯坦因指挥刚成立的南方集团军群向顿涅茨河方向的苏军西南方面军发起进攻，战线越拉越长的苏军瘁不及防，在接下来的一个月中，苏军节节败退，一直后撤到库尔斯克南面的奥博扬地区。为了防止出现灾难性的场面，斯大林紧急从列宁格勒和斯大林格勒调集重兵前往库尔斯克。一场大战即将爆发。
由于没能救出保罗斯的第6集团军，曼施坦因迫切想要一场胜利来平息自己的怒火。突出部的库尔斯克成为了他的首选目标。他说服了希特勒在库尔斯克再动一次大手术。德军统帅部于4月15日发布第6号作战命令，以中央集团军群和南方集团军群联合发动钳形攻势，同时配备新式的虎式坦克和豹式坦克，争取在短时间内摧毁在库尔斯克突出部的苏联军队，重新夺回苏德战场的主动权。作战代号为“堡垒”。
在苏联一方，斯大林有点犹豫不决。实际上，苏军占据绝对优势，完全可以主动进攻。苏军在库尔斯克集结了95万人，有12000门大炮，1220辆坦克和1200架飞机。而德军只有70万人，6000门大炮，1000辆坦克和1500架飞机。虽然在飞机数量上落后德军，但苏军还有27万人的后备军，7500门大炮，120辆坦克和200架飞机。而德军只有6万人的后备军。
在1943年4月10前，在库尔斯克的苏德军队总人数的比例为1.8：1，大炮比例为3.2：1，坦克和自行火炮的比例为1.3：1。在空军方面，德军占有优势，但斯大林后来又从北线战场调了400架飞机前往库尔斯克。
但遗憾的是，斯大林始终没有勇气首先发起进攻。也许他认为防守进攻才是最好的策略。但其结果是让数十万苏联士兵失去了生命。
德军之所以要等到7月才发动攻势，除了避开雨季外，还有就是希特勒没有十足的把握，他要得到足够多的虎式重型坦克才发动进攻。面对占据优势的苏军，希特勒曾试图放弃“堡垒”计划，他对古德里安说，当他考虑这一作战计划时，胃部感到一阵剧痛。只是在曼施坦因的坚持下，他才最终同意这一作战计划。
7月5日，战争拉开序幕。南方集团军群的第4装甲军根据预定计划进攻，在翻跃了苏军的反坦克雷区后，消灭了苏军第67步兵师。苏军的后备部队赶来，但还是没能阻止得军渡过佩纳河。
在开战3天内，德国空军出动频繁。斯大林终于吞下了自己种下的恶果。几天之内就损失了超过500架飞机。到了9日，德军已推进到了普罗霍罗夫卡城下，苏军的惨败已损失了30万人。好在第5坦克集团军的赶来，才遏制住了惨败的势头。
7月12日，人类历史上最大规模的坦克大战上演了。苏德双方共有600多辆坦克和自行火炮在普罗霍罗夫卡横冲直撞，战火冲天。在战斗中，德军的虎式坦克的性能明显优于苏军的T-34坦克。虎式坦克可以在远距离击毁苏军坦克。而T-34则要冲到跟前来能发挥近战作用。战斗一直持续到傍晚才结束，德军损失了47辆坦克，而苏军则损失了300多辆坦克。
在南线正在进行热火朝天的坦克大战的同时，北线的战斗也相当惨烈，德军第8集团军向苏军第13集团军发起进攻。在6日，德军伤亡惨重，但却只向前推进了10公里。此后，苏德双方也进行了一场坦克大战，苏军的T-34再次不敌德军的虎式坦克。
6日，德军攻入波内里城，但苏军依靠一些工事顽强阻击。9日，德军集中了300辆坦克发起最后一次进攻，但仍无法突破苏军的防线。
就在苏德双方在库尔斯克决战之际，1943年7月10日，美英联军在西西里岛登陆，意大利战局的变化令希特勒惊恐不安，而库尔斯克的德军还是无法使苏军后退。他决定终止“堡垒”计划，7月17日，德军开始后撤，到23日，双方已经恢复到了战前状态。
德军想结束在库尔斯克的战斗，但苏军却不答应。8月初，在北线，苏军向西推进，追击退却中的德军。10日，解放了霍特涅茨，15日，占领卡拉夫拉，德军损失了20万人。但苏军也损了43万人。
在南线，8月3日，朱可夫发起反击。在苏军猛烈的炮火下，德军被迫后退了15公里。此时苏联空军和装甲兵已经占据上风，在立体打击下，德军死伤惨重。但德军的后备军随后赶来，顶住了苏联人的攻势，避免了更大的损失。战至23日，苏军解放了哈尔科夫，德军退回到了第涅伯河西面。会战基本结束。
在库尔斯克会战中，德军伤亡50万人，损失坦克1200多辆，大炮和迫击炮2000门，飞机约3000架。苏军的损失更为惊人。有86万人在战斗倒下，被德军俘虏36万人，损失坦克3000多辆，大炮和迫击炮超过3000多门，飞机4000架。
苏军损失如此之大的原因是斯大林的犹豫不决。在斯大林格勒战役取得胜利的情况下，苏军完全可以主动出击，说不定到时苏德双方的伤亡数字就会颠倒过来。其实，在苏德战争开始前，斯大林就曾有意主动进攻德国。但他畏首畏尾，多次延误战机，使得苏军开战初期就遭受了重大损失。这是他自己种下的恶果。
在库尔斯克战斗中，德军不是没有赢的可能。出人意料的是，一向做事果断的希特勒在开战初期居然会下不定决心，实际上在5月的雨季过后，德军就可以发动进攻，此时苏军还没有准备充分。但希特勒仍然下不定决心，直到一个月后德军才开始进攻，此时苏军已经集结了27万人的后备部队。以逸待劳，最终取得了胜利。
指挥库尔斯克会战的德军将领曼施坦因
被认为是二战中德军最优秀的指挥官
苏军将领罗科索夫斯基将军
一名德军坦克手爬出燃烧的坦克
曼施坦因恳求希特勒给他添兵或允许撤退，但遭拒绝
苏军飞机扫射德军运输队
正在燃烧的德国虎式坦克是苏军胜利的见证
苏军士兵在坦克的掩护下冲向敌阵
苏军士兵利用战斗间歇清理武器
苏军的反坦克部队
苏联反坦克士兵在坦克的掩护下接近敌阵
在库尔斯克会战中被俘的德国士兵通过莫斯科