1943 március-áprilisában - kisebb bizonytalanságok után - mindkét oldal vezérkara arra a meggyőződésre jutott, hogy a következő hadműveletek számára legkínálkozóbb terep a Kurszk környékén kialakult kiszögelés. Hitler némi vita után elvetette egy újabb déli offenzíva tervét, és áprilisban kiadta az utasítást a kiszögelés két oldalról való megtámadására. A német vezérkar további elképzelései szerint, miután a két irányból támadó erős páncéloskötelékek a kiszögelést levágva találkoznak, megsemmisítik Vatutyin Voronyezsi és Rokosszovszkij Központi frontjának erőit, majd egy közös, keleti irányú, Moszkva elleni csapással folytatódna a nyári hadjárat. A hadművelet megindítását, amely a Citadella fedőnevet kapta, kezdetben májusra tervezték, majd - hogy több idejük legyen a felkészülésre és nagyobb tömegben vethessék be páncélosaikat, köztük az új Tigris nehézharckocsit - július elejére halasztották.

A másik oldalon Zsukov és Vasziljevszkij is arra a következtetésre jutott, hogy Kurszk környékén várható a németek új offenzívája. Némi vita után lebeszélték Sztálint egy megelőző támadás megindításáról, és meggyőzték, hogy egy mélyen kiépített, többrétegű védelmi vonalban védekezve fel kell morzsolni a támadó német alakulatokat, majd a szovjet hadászati tartalékokat felhasználva ezt követően kell támadásba átmenni.

Július 5-én észak felől a Model tábornagy által vezetett 9. páncélos, dél felől a Hoth tábornok vezette (újjászervezett) 4. páncélos hadsereg mintegy 2700 páncélossal, többségükben új Tigris nehéz-, és Panther közepes harckocsikkal, valamint a szintén új Ferdinánd rohamlövegekkel indították meg a támadást, amit közel 2000 repülőgép támogatott. A háború során még sosem lépett harcba ilyen szűk területen ilyen nagyméretű páncéloscsoportosítás. Velük szemben azonban szintén rekordsűrűségű védelem épült ki. Közel 10 ezer tüzérségi és páncéltörő löveg, több száz kilométer hosszan kiépített védelmi árokrendszer, kilométerenként 3000-es sűrűségben telepített aknák várták a támadást. A kiszögelés déli szárnyán a támadás megindulása előtti órákban a szovjetek erős megelőző tüzérségi csapást is mértek a németek jól felderített megindulási körleteire. Ez azonban nem érte el a várt hatást, mert ebben az időpontban a német alakulatok még nem foglalták el megindulási pozícióikat.

A németek súlyos veszteségeket szenvedve, folyamatos szovjet ellenlökéseket leküzdve nyomultak előre mind az északi, mind a déli frontszakaszon. Július 10-ig mintegy 50 kilométernyire sikerült beékelődniük a szovjet védelmi vonalakba. Támadásuk azonban lelassult és noha utolsó tartalékaikat is bevetették, nem sikerült kierőszakolniuk a teljes áttörést. Július 11-én megindult a szovjet ellentámadás. Északon - lényegében Model csapatainak a szárnyában Popov tábornok Brjanszki Frontja, 12-én délen Hoth oldalában Konyev marsall Sztyeppi Frontja támadott. A világtörténelem legnagyobb páncéloscsatájában Kurszktól délre összesen több mint 1000 tank vett részt. Július 13-án a németek - kimondatlanul beismerve a vereséget - leállították az offenzívát, miután páncélosaik közel nyolcvan százalékát elveszítették. Hasonló mértékű volt a szovjet veszteség is, ezt azonban ellensúlyozta, hogy - az Uralban ekkor már teljes kapacitással működő üzemeknek köszönhetően - a szovjet harckocsigyártás jelentősen meghaladta a németekét, a tüzérségi eszközök gyártása pedig a többszörösére emelkedett. A Vörös Hadsereg a Kurszki összecsapás után újabb csapatokat tudott támadásra felsorakoztatni, miközben a németek gyakorlatilag teljes hadászati tartalékukat elveszítették.

A hadtörténészek jó része szerint a háború igazi fordulatának inkább a kurszki, mint a sztálingrádi csata nevezhető. Utóbbi jelentősége abban van, hogy az volt az első olyan szovjet ellentámadás, amelyben egy jelentős német csoportosítás teljesen megsemisült. Kurszknál került azonban véglegesen a hadászati kezdeményezés a Vörös Hadsereg kezébe, amit a németeknek többé nem sikerült visszaszerezniük.

Az elemzők egy része szerint emellett szakmailag mind a szovjet tábornoki kar, mind az alacsonyabb rangú tisztek általános színvonala ekkortól egyenrangú a német színvonallal, helyenként és időnként meg is haladja azt. Kialakul a szovjet marsalli kar vezető csoportja: Kurszknál és a Kurszki csatát követő Belgorodi hadműveletben Zsukov és Vasziljevszkij mellett már vezető szerepet játszanak a háború következő szakaszának meghatározó egyéniségei, Konyev, Vatutyin, Rokosszovszkij, Malinovszkij, Tolbuhin. Noha bátorságuk korábban is kétségbevonhatatlan, az egyszerű szovjet katona harcértéke is ekkortól tekinthető azonosnak a német katonákéval.

A fordulat fontos eleme, hogy 1943 nyarára a szovjet fegyvergyártás volumene is elérte, majd egyes kategóriákban (közepes harckocsik, tüzérségi eszközök, repülőgépek) jelentősen meghaladta a német fegyvergyártásét, és minősége is megjavult. Ekkor jelenik meg a T-34-es áttervezett toronnyal és 85 mm-es löveggel felszerelt új változata, a KVII., majd az ISZ-1. nehézharckocsi, a Jak-3 és a La-5 vadászgép, majd az IL-2 csatarepülőgép. A harckocsikon szállított rohamalakulatok standard felszerelésévé válik a puska helyett (korábban néha még ebből is kevés volt) az ismert dobtáras Spagin (PPS) géppisztoly. (1943-ban egyébként a német haderő is részleges átfegyverzésen megy keresztül, a már említett Tigris és a Párduc V. harckocsi, a Ferdinánd rohamlöveg mellett ekkor jelenik meg a FW-190 vadászgép.)

Visszaemlékezések szerint Kurszktól kezdve válik igazán érzékelhetővé a land-lease szállítások hatása is. Nem is annyira a fegyverszállításoknak volt jelentősége, mint inkább a szállítójárműveknek, teherautóknak (a szövetségesek több 10 000 Studebaker teherautót és Jeep-et szálítottak) és tüzérségi vontatóknak (1944 elejére a szovjet tüzérség a korábbi fogatolt tüzérségből teljesen gépesítetté vált), valamint az élelmiszerszállítmányoknak (a szovjet katonák az amerikai konzerveket "második frontnak" nevezték) és egyéb kisegítő anyagoknak.