苏联空军在反攻中做出了重大贡献。反攻前夕，在奥廖尔一线活动的德国空军仍然是第6航空队。苏联航空兵集群的编成内有西南方面军空军第1集团军、布良斯克方面军空军第15集团军和中央方面军空军第16集团军。各空军集团军都得到了最高统帅部预备队航空兵的加强，几乎拥有3倍于德国航空兵的优势。

为了实现“库图佐夫”作战计划，这一方向上的苏军航空兵受领了下列任务：保持控制权并且可靠地掩护军队突击集团；支援陆军突破敌军防御；阻挡敌军进驻中间防线；阻挠敌预备队机动；破坏敌军指挥。

7月12日，奥廖尔方向上的反攻开始了。在西方面军近卫第11集团军突破地段上，空军第1集团军以70架佩－2型轰炸机和48架强击机，在地面部队发起冲击前15分钟对敌炮兵和支撑点进行了突击。远程航空兵和夜间轰炸航空兵第213师也对这些目标彻夜进行了突击，共出动362架，向敌人投下了210吨炸弹。在布良斯克方面军第61集团军的突破地段上，远程航空兵和夜间轰炸航空兵第313师在夜间进行了航空火力准备，压制德军的火炮和迫击炮，摧毁敌抵抗枢纽部，并突击了敌集中地域的部队。拂晓，各方面军突击集团在航空兵支援和强击机施放的烟幕掩护下转入反攻。强击机以10－12机编队在歼击机的掩护下不断地开赴战场上空，压制敌炮火发射点，消灭敌坦克和有生力量。

发起进攻1小时后，战场上空开始出现德军轰炸机群，企图对苏军部队实施突击，早在空中和机场待战的近卫歼击航空兵第1军的歼击机立刻迎击。他们以猛烈的攻击将德轰炸机队形打乱，使其无法对苏军部队进行瞄准轰炸。

这一天，苏军航空兵共出动飞机2174架，空战72次，消灭德机86架，自己损失59架。与苏军飞行员共同作战的还有法国“诺曼底”航空兵中队的战斗机。法国志愿人员于1943年5月到达前线后，编入了空军第1集团军，他们在同德机的格斗中表现出了高超的技能和勇敢的精神。到1943年7月底，法国飞行员击落了30架敌机。

在8天之内，西方面军部队推进了70公里，布良斯克方面军部队推进了20公里，为合围博尔霍夫集团创造了有利条件。德军为了守住博尔霍夫，增调来10个师的兵力，发起强大的反冲击。苏军空军第1和第15集团军的兵力几乎全部被调去对德军反冲击部队实施全力突击。仅7月25日一天，空军第1集团军的飞行员就消灭德军大约25辆坦克、150辆汽车、5个炮兵连和大量步兵。到7月29日，博尔霍夫的德军集团完全被粉碎。

年老的德军炮兵在大炮被击毁后沮丧地坐在一旁(www.daowen.com)

布良斯克方面军在诺沃西利以西地区发起进攻之前，进行了比博尔霍夫方向更加强大的航空火力准备。远程航空兵和空军第15集团军的轰炸机于7月11日夜出动了600多架，对德军主要防御地带的目标投下了约550吨炸弹。12日晨，强击航空兵第3军以大编队向德军发起猛攻，消灭和压制突破地段上的敌火。在部队发起冲击前5分钟，89架轰炸机又对德军一些重要的抵抗枢纽部和炮兵阵地投下了500枚爆破弹和3000多枚杀伤弹。

轰炸机、强击机和炮兵的集中突击，打得德军士气沮丧，无法进行有效的抵抗，苏军顺利地向前推进。强击机不停地消灭德军残存的发射点和抵抗枢纽部。苏军地面部队在航空兵的支援下步步紧逼敌人，到7月16日已前进到奥列什尼亚河。

7月19日，德军调来大批航空兵对付苏军坦克部队，德轰炸机以8－35机编队在战斗机掩护下企图阻止苏军进攻。于是激烈的空战打响了，严阵以待的苏军歼击机在空战中击落德机23架，迫使德大部分轰炸机掉头回窜。8月4日拂晓，苏军突入奥廖尔城，8月5日晨将城内德军全部清剿。

西方面军和布良斯克方面军的进攻作战，迫使德军不得不把部分兵力从奥廖尔突出部正南面调来增援。中央方面军乘此机会于7月15日转入反攻，3天内就恢复了7月5日前的形势，到8月6日即解放了克罗梅城。空军第16集团军给了地面部队有力的支援，每天出动飞机1000多架，致使德军的有生力量和技术兵器遭到严重损失。

博尔霍夫、奥廖尔、克罗梅城解放后，苏军开始追击被击溃的德军残部。这时，统帅部命令空军第15、16集团军和远程航空兵派主要兵力去消灭撤退之敌。根据空中侦察机的召唤，强击机和轰炸机对克罗梅－卡拉切夫公路上的敌汽车纵队和奥廖尔－霍蒂涅茨－卡拉切夫－布良斯克铁路干线实施了突击。歼击机也不时地对这些目标进行攻击，而夜间则由前线航空兵和远程航空兵出动袭击。航空兵从8月6日至10日共消灭德军60列列车和许多坦克。

到8月18日，奥廖尔方向的战役已结束。为了顺利实施“库图佐夫”作战计划，苏军前线航空兵和远程航空兵在36昼夜内共出动飞机60995架，向德军目标投下了15000吨炸弹，击毁德机1400余架。在完全掌握了控制权的条件下，苏军共消灭德军21个师，奥廖尔突出部被夺回。