苏德战场的南线，苏军的反攻确定在1943年8月3日，以曾经的俄国名将鲁缅采夫的名字为作战代号。进攻的苏军总计有90万人、2800多辆坦克。而这个方向上的德军只有18个师，其中有4个坦克师，总兵力约30万人。苏军拥有绝对优势。8月3日、沃罗涅什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-哈尔夫方向上的德军发起反攻。
凌晨5点，苏联的万门大炮齐鸣，炮弹如大雨般倾泻到德军阵地上，炮击一直持续了两个多小时，最后以喀秋莎火箭炮的齐射作为结束随后坦克和步兵开始发起进攻，在遭到炮击后的德国士兵已无力阻挡苏军的进攻，德军的第一道防线被突破。经过一天的战斗苏军各部队向德军纵深推进15千米。在之后几天里、德军虽然顽强地防守，但是苏军的坦克依然继续向前突破，但是苏联的步兵却被德军拖住、进展缓慢。至8月5日苏第1坦克集团军攻占鲍里索夫卡，切断了德第255、第332步兵师和第19装甲师的退路。德军已面临被包围的危险，但是德军依旧拼死抵抗，他们如此的抵抗是为了曼斯坦因有足够的时间将德军主力从别尔哥罗德撤往哈尔科夫。
8月5日傍晚、苏军解放了别尔哥罗德。苏军继续进攻，目标是乌克兰第二大城市哈尔科夫在6、7两日，苏军坦克队快速前进，而跟随在后面的步兵却跟不上坦克的脚步，两者逐渐脱节。曼施坦因希望抓住苏军这个弱点，开始在撤退中集结兵力，等苏军攻势结束时实施反击。苏军方面对形势的判断非常乐观，都认为德军已接近崩溃，命令前线坦克部队继续进攻，切断哈尔科夫至波尔塔瓦的路线，阻止德军逃脱。
8月11日。德军的集结工作准备完毕，开始反攻。由于苏军的分散。步兵和炮兵都在坦克的后方，且弹药和燃料也不能及时供应，苏军遭到德军致命的打击。11日晚苏第1坦克集团军的第49坦克旅和第17坦克团被德军围歼，第1坦克集团军因第5近卫坦克集团军的及时赶到才避免全军覆灭。14日，苏第6集团军的第6坦克军受到德军的攻击遭到惨败。在这种形势下，苏军只能战术后撤。由于苏联在人员和武器上的绝对优势，虽然遭到重创，但很快苏军又恢复了进攻。19日，苏军抵达哈尔科夫的乌德河，并且在20日就强渡乌德河。而希特勒也深知哈尔科夫的重要性，命令部队誓死守住哈尔科夫。
苏军突破德军的猛烈抵抗，已近逼哈尔科夫外围防线，并在东面和东南面进抵哈尔科关近郊。强大的苏第5坦克集团军最后只剩下了50辆坦克，可见攻打哈尔科夫的战斗有多惨烈。8月22日下午，苏军地面和空中侦察发现哈尔科夫的德军有撤退迹象。于是草原方面军司令员、苏联元帅科涅夫发出夜间强攻哈尔科夫的命令，不给敌人撤退的机会。22日晚、苏第53集团军率先攻入城内。第53、69集团军、近卫第7集团军、第57集团军和近卫坦克集团军，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。当夜、市内展开激烈的战斗、火光冲天、爆炸声连绵不断。
德军想死守哈尔科夫的的信念全无，开始全面撤出哈尔科夫，退向第聂伯河的防线。8月23日，苏军了收复哈尔科夫。哈尔科夫战役中，苏军歼敌约20万人，自身损失也非常惨重，士兵伤亡约26万人，损失坦克1860余辆、火炮420余门、飞机153架。苏哈尔科夫方向上的胜利，标志着库尔斯克会战的结束。库尔斯克会战是第二次世界大战中规模最大的坦克战。无论就其规模、惨烈程度还是对二战的进程而言，它都是第二次世界大战中最大的会战之一。
