Pre nacistické Nemecko predstavovala asi poslednú nádej na zvrat na východnom fronte, očakávaný výsledok ale nepriniesla. Bitka, ktorá po krátkej predohre predchádzajúceho večera sa začala ráno 5. júla 1943, totiž napriek výrazným sovietsky stratám po 50 dňoch bojov prakticky vyčerpala nemecké sily.
Pôvodný plán operácie, ktorú velenie wehrmachtu nazvalo Citadela, bol pritom presne opačný. Nemci si boli vedomí toho, že napriek mobilizácii takmer všetkých dostupných síl už nemajú dostatok zdrojov na mohutnú ofenzívu ako v predchádzajúcich dvoch vojnových rokoch, takže chceli „len“ vyradiť z boja čo najviac nepriateľskej techniky a vojakov. Nakoniec síce boli straty Červenej armády väčšie ako tie nemecké, Sovieti ale boli schopní svojich mŕtvych a zajatých vojakov aj zničené tanky rýchlo nahradiť.
Obe strany nasadili veľké množstvo techniky. Obávanému sovietskemu tanku T-34 mali čeliť nové nemecké tanky Panther a hlavne ťažký Tiger s mimoriadnym pancierovaním. Hitler ich však mal málo. Odhady počtu techniky sa v literatúre líšia. Počet nemeckých tankov a samohybných diel sa väčšinou pohybuje okolo 2 700, počet sovietskych tankov sa udáva od troch do piatich tisíc. Obe strany tiež nasadili veľké množstvo lietadiel a ďalšie techniky. Na kurskom bojisku proti sebe stálo približne 900 000 príslušníkov wehrmachtu a viac ako milión sovietskych vojakov. Ľudské straty sa pohybovali v státisícoch, na nemeckej strane sa uvádza vyše stotisíc mŕtvych, Sovieti stratili v bitke takmer štvrť milióna mužov.
Porážka nemeckých síl pri Kursku mala viacero príčin. Napríklad nesporne vyššie skúsenosti tankových osádok wehrmachtu i síl SS dokázali sovietski velitelia vyvážiť dôkladnou prípravou. Dopredu totiž poznali nielen miesto útoku Hitlerových generálov, približne stokilometrový výbežok frontu pri meste Kursk na pomedzí Ruska, Ukrajiny a Bieloruska, ale tiež čas niekoľkokrát odkladanej nemeckej ofenzívy. Aj vďaka informáciám od Britov, ktorí dokázali lúštiť tajné nemecké depeše.
V nemeckom velení pritom plán útoku na „kapsu“ pri Kursku nemal bezvýhradnú podporu. Skúsení dôstojníci vrátane maršala Ericha von Mansteina by totiž dali radšej prednosť stratégii „pružnej obrany“, vďaka ktorej by nemecké jednotky dokázali čeliť silnejúcim Sovietom a postupne by vyčerpali ich útočný potenciál. Takýto defenzívny prístup k bojom ale odmietal samotný Adolf Hitler, ktorého neodborné rozhodnutia neskôr nepriaznivo ovplyvnili aj samotný priebeh kurskej bitky.
Hitlera dokonca odrádzal od útoku aj samotný tvorca nemeckých tankových vojsk Heinz Guderian. „Koľko ľudí podľa vás vôbec vie, kde leží Kursk. Prečo chceme tento rok na východe útočiť?“ pýtal sa slávny generál lídra. Ten mu síce vraj dal za pravdu s tým, že kedykoľvek na chystaný útok myslí, obracia sa mu žalúdok, prípravy na ofenzívu ale bežali ďalej. Pôvodný Mansteinom požadovaný termín začatia útoku – najneskôr koncom mája – ale bol niekoľkokrát odložený, aby Nemci získali dostatok síl aj novej techniky.
Odklady ale prispeli nielen wehrmachtu, ktorý dostal zbrusu nové, avšak v boji neodskúšané tanky Tiger alebo mohutné stíhače tankov Ferdinand. Sovietski generáli pod vedením maršala Georgija Žukova tak totiž získali čas na posilnenie obrany okolo Kurska, ktorá nakoniec v až štyroch líniách siahala až niekoľko desiatok kilometrov za front. Krátko pred začiatkom bojov sa Sovieti tiež pokúsili prekvapiť a zničiť ešte na zemi nemecké letectvo, ale bez úspechu.
Luftwaffe tak dokázala získať nad bojiskom jasnú prevahu a nová verzia stuky zničila až stovky sovietskych tankov, o výsledku bitky sa ale rozhodovalo na zemi. Nemecký plán na kliešťový obchvat zo severu a od juhu sa kvôli dobre pripravenej obrane začal zadrhávať už na samom začiatku. Na juhu bojiska sa síce nemeckým tankistom a pechote podarilo preniknúť na dohľad Kurska, bola to ale skôr výnimka. Pri dedine Prochorovka sa potom 11. júla začal stret, ktorý nemá v histórii obdobu.
Proti sebe sa na zhruba dvadsaťkilometrovom úseku postavila počas troch dní tisícka tankov a samohybných diel, sovietske mali prevahu dva ku jednej. Na stiesnenom bojisku sa tanky dostávali k sebe doslova na dosah a v boji stroj proti stroju do seba nezriedka narážali. Po desiatkach hodín bojov síce dosiahli nemeckí tankisti víťazstvo, na výsledku samotnej bitky to ale nič nezmenilo. Najmä keď sa v rovnakom čase vylodili západní spojenci na Sicíliu a Hitler nariadil stiahnuť od Kurska časť tankov.
Po stretnutí pri Prochorovke bolo jasné, že operácia Citadela je odsúdená na neúspech. Niekoľko dní potom sa začali nemecké jednotky sťahovať, 5. augusta červenoarmejci opäť získali mesto Orlov a 23. augusta konečne dobyli späť Charkov, stratený o päť mesiacov skôr. Bitka o Kursk znamenala – hoci Sovieti stratili podľa odhadov vyše štvrť milióna mužov, dvaapolkrát viac ako Nemci – definitívny zlom na východnom fronte. Po Kursku totiž prešla iniciatíva definitívne na stranu Červenej armády.