蘇軍最高統帥部在德軍發起進攻後，明確了各方麵軍反擊的任務和時間。中央方麵軍、布良斯克方麵軍和西方方麵軍實施奧廖爾進攻戰役。沃羅涅日方麵軍、草原方麵軍和西南方麵軍一部實施別爾哥羅德—哈爾科夫進攻戰役。
7月12日至8月18日，蘇軍奧廖爾進攻戰役。
7月12日，由索科洛夫斯基上將指揮的西方方麵軍近衛第11集團軍和波波夫上將指揮的布良斯克方麵軍第61、第3、第63集團軍，對防守在奧廖爾地域的德軍坦克第2集團軍和第9集團軍實施了突擊。13日，西方方麵軍的第50集團軍發起進攻。15日，中央方麵軍第48、第13、第70集團軍對德軍奧廖爾集團的南翼也轉入反攻。德軍從其他地段調來7個師力求遲滯蘇軍的進攻。蘇軍統帥部決定使用戰略預備隊。7月19日，在布良斯克方麵軍地帶內，近衛坦克第3集團軍在奧廖爾方向進入交戰。20日，第11集團軍在西方方麵軍近衛第11集團軍和第50集團軍的接合部進入交戰。26日，坦克第4集團軍在近衛第11集團軍地帶內進入交戰。7月29日，布良斯克方麵軍攻占博爾霍夫。8月5日，該方麵軍在西方方麵軍和中央方麵軍從兩翼配合下，經過激烈戰鬥攻占了奧廖爾。同日，草原方麵軍攻占了別爾哥羅德。8月18日前，蘇軍前出到德軍在布良斯克以東構築的防禦地區。經過37天的奧廖爾戰役，蘇軍向西推進約150公裏，擊潰德軍15個師。
8月3日至23日，蘇軍別爾哥羅德—哈爾科夫進攻戰役。
8月3日，蘇軍在別爾哥羅德西北地域轉入進攻，沃羅涅日方麵軍近衛坦克第5集團軍和坦克第1集團軍各坦克軍的先頭旅進入交戰。8月5日，草原方麵軍攻占別爾哥羅德。8月11日，沃羅涅日方麵軍切斷了哈爾科夫-波爾塔瓦鐵路，從西麵包圍了哈爾科夫。草原方麵軍從北麵和東南麵也逼近該市。德軍為了避免遭合圍，8月11日至17日，以3個坦克師向沃羅涅日方麵軍實施反突擊，但遭失敗。8月17日，草原方麵軍已突到哈爾科夫市郊，8月23日該方麵軍和沃羅涅日方麵軍向南和向西南方向推進了140公裏，擊潰德軍15個師，為解放烏克蘭並為前出第聶伯河創造了有利條件。
蘇軍在反攻中肅清了奧廖爾地域和別爾哥羅德—哈爾科夫突出部的德軍集團，勝利地結束了庫爾斯克會戰。
▓評說▓
庫爾斯克會戰是蘇聯戰勝法西斯德國戰鬥曆程中最重要的階段之一。就其規模、激烈程度和戰果而言，它居於二戰中最大的會戰之列。庫爾斯克會戰，蘇德兩軍動用了大量坦克作戰，這是自二戰開戰以來的第一次。蘇軍在庫爾斯克會戰的勝利，打破了德軍企圖重新奪取戰略主動權和再次進攻莫斯科的計劃。戰鬥結果使德國法西斯軍政領導對“堡壘”戰役取勝的希望落了空，進攻戰略在這次會戰中遭到徹底破產。此後，德軍統帥部不得不放棄進攻戰略，隻能采取防禦戰略，一直到戰爭結束。蘇軍在庫爾斯克會戰以後，徹底鞏固了戰略主動權，為其後展開總的戰略進攻創造了有利條件。