在库尔斯克南部，8月3日，沃罗涅日方面军和草原方面军，在西南方面军的协同下，对别尔哥罗德——哈尔科夫方向上的德军发起反攻。

到8月初，这个方向上的德军已经削弱——只有18个师，其中有4个坦克师，总兵力约30万人。他们拥有3000多门火炮和迫击炮，近600辆坦克和强击火炮，1000多架飞机。8月初，苏军在别尔哥罗德－哈尔科夫方向上的反攻已准备就绪。沃罗涅日方面军和草原方面军经过人员补充和部署的调整，共有官兵980500人，火炮和迫击炮1.2万多门、坦克和自行火炮2400辆、飞机1300架。苏军在兵员和兵器方面都拥有绝对优势。

8月3日清晨，沃尔涅日方面军在炮火准备和航空兵突击以后，开始反攻。中午，两个坦克集团军组成的快速集群投入作战，向同一作战方向进攻，犹如钢铁洪流冲入敌方纵深，实施分割突击。经过一天的进攻，各集团军推进了30公里。草原方面军在别尔哥罗德以北进攻，急速向该城挺进。

德军在该城构筑了坚固的防御工事，准备固守。

苏联近卫第7集团军强渡北顿涅茨河，从东面威胁敌守城部队。机械化第1军在城市以西迅猛进攻，切断了别尔哥罗德至哈尔科夫的铁路和公路。法西斯守军担心被合围，便仓促撤退。

8月5日傍晚，苏军解放了别尔哥罗德。

别尔哥罗德解放后，苏军继续顺利地发动进攻，目的是解放乌克兰第二大城市哈尔科夫。坦克第1集团军和近卫第6集团军在5天内推进了100多公里，于8月7日傍晚占领德军重要防御支撑点博哥杜霍夫城。苏联第27集团军于同一天解放了格赖沃朗。使德国坦克第4集团军和“奋斗”战役集群之间形成了一条宽55公里的缺口，希特勒军队陷入困境。

8月10日，苏军最高统帅部指示：“尽快截断通往波尔塔瓦、克拉斯诺格勒、洛佐瓦亚方向的主要铁路和公路，以孤立哈尔科夫，从而加速该城的解放。

为此目的，苏军坦克第1集团军应切断敌军的主要道路，而近卫坦克第5集团军应从西南迂回哈尔科夫。”德军指挥部特别重视哈尔科夫工业区和城市本身的防御。希特勒要求“南方”集团军群在任何情况下都要守住哈尔科夫。德军广泛使用“虎式”坦克和“斐迪南式”强击火炮，不断实施反突击。(www.daowen.com)

苏军粉碎了敌军的猛烈抵抗，紧逼哈尔科夫外围环形防线，并从东面和东南面进抵哈尔科夫近郊。在此期间，沃罗涅日方面军向南方和西南方推进得更远了。这样，苏军便有可能对哈尔科夫地域的德军集团实施深远包围。

为了防止被围，8月11日，德“南方”集团军群在博哥杜霍夫集中了3个坦克师，对苏军坦克第1集团军和近卫第6集团军左翼进行反突击。12日，他们把400辆坦克投入交战。德军航空兵不断出动20至50架飞机的机群，支援反突击的兵团。苏联空军第2集团军在12日这一天出动飞机达600架，轰炸敌人的进攻部队，并进行了17次空战。

战斗越来越激烈。德军哈尔科夫集团军群的处境日益恶化。继续保卫该城已毫无希望，且有被合围的危险。

8月22日下午，苏军地面和空中侦察发现敌军开始从哈尔科夫撤退。

草原方面军司令员、苏联元帅科涅夫在回忆那些日子的战事时写道：“为了不给敌人逃脱打击的机会，8月22日晚，我发出了夜间强攻哈尔科夫的命令。当夜，市内展开枪战，大火弥漫，巨大的爆炸声不绝于耳。第53、69集团军、近卫第7集团军、第57集团军和近卫坦克第5集团军的指战员，勇猛顽强，巧妙地绕过敌军支援点，深入敌军防御，从后方攻击敌军守备部队。苏军指战员一步一步地前进，清剿了哈尔科夫的法西斯侵略者。”

8月23日拂晓前，枪炮声逐渐平息下来。到中午，哈尔科夫已完全从侵略者手中解放出来。

傍晚，莫斯科以224门火炮齐射24次，向哈尔科夫解放者致敬。苏军在别尔哥罗德－哈尔科夫方向上的胜利，标志着库尔斯克会战的结束。

库尔斯克会战是希特勒在苏德战场上第三次大规模的进攻，也是苏军取得的第三个伟大的胜利。