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库尔斯克突出部内苏军的防御配系是以若干道平行的堑壕为基础、由苏军特有的土木工事构成的。这使人想起第一次世界大战时西线所使用的那些工事。前方主要防御地带的纵深达三英里，有五道堑壕，有的地方还不止五道。所有堑壕都有交通壕连接，并有散兵坑和掩蔽工事。这些堑壕是在民工的帮助下构筑的。第二防御地带距第一防御地带约七英里，其工程构筑与第一防御地带相似。第三防御地带距第二防御地带二十英里。方面军预备队配置在后方、距防御前沿约四十英里，也构筑了数以英里计的线式堑壕。因此，堑壕总长达数百英里，穿过农田、村庄直到草原丘陵的缓坡。各防御地带都有大量的反坦克手段，整个地区敷设了大量的地雷而且构筑有许多反坦克支撑点。据说，仅仅中央方面军就敷设了约五十万枚地雷，其密度达到每英里正面有二千四百枚反坦克地雷和二千七百枚反步兵地雷。配属给中央方面军和沃罗涅日方面军的支援炮兵大部分是最高统帅部预备队炮兵。仅第13集团军就得到第4突破炮兵军七百门火炮和迫击炮的支援。据说，这两个主要方面军共有一万三千门火炮、六千门反坦克火炮和一千门火箭炮，远远超过向顿河与伏尔加河进攻时那三个方面军所拥有的火炮，而且也比德军支援突入部队所用的火炮多。库尔斯克突出部苏军详细的兵力部署情况一直没有透露过。但是，据当时德国情报部门估计，沃罗涅日方面军拥有三十五个步兵师、二十五个坦克旅以及许多独立的步兵旅和坦克团；中央方面军拥有的兵力相当于四十个步兵师和十七个坦克旅。苏联部队还得到第2和第16航空集团军大约二千五百架飞机的支援。
德军不遗余力地进行着进攻的准备。侦察和制定计划的工作已广泛展开，任何微小的细节都考虑到了。它拥有整个库尔斯克突出部的航空照片。部队悄悄地受领了指示并进行了休整，人员装备都得到了补充。只有三个难以捉摸的问题仍未得到解决，即气候、苏联纵深预备队的配置和实力以及英美在欧洲登陆的日期。
据苏联报道，7月2日获悉德军进攻已迫在眉睫。据说，7月4日德军一名工兵在别耳哥罗德附近投诚，提供的情报是，他所在的部队要在当天清除铁丝网和地雷。在南部，进攻发起的时间不象寻常那样选在拂晓，而是选在7月4日下午3时。那是一个乌云密布、雷声隆隆、沉闷炎热的下午，德国空军进行了猛烈的轰炸，奥特的第52军进行了试探性的佯攻，之后，克诺贝尔斯道夫的第48装甲军成功地突入了奇斯佳科夫第6近卫集团军的防线，遭到中等程度的抵抗。苏军第6近卫集团军作战经验丰富，它原来的番号是第21集团军，曾在顿河流域击败过第48装甲军。德军认为，防御一方已遭不意，加以对方没有强大的防御炮火更肯定了这一看法。入夜，第2党卫军装甲军进行了一些试探性进攻，为第二天的战斗夺取所需的观察所。到了晚上十时三十分左右，苏军炮兵开始对整个地区进行猛烈的炮火袭击。
那天夜间淫雨绵绵，道路泥泞不堪。但是，在拂晓五时德军第48装甲军和党卫军装甲军仍然展开了进攻。第48装甲军突破了苏军第一道防线，克服所谓轻微的抵抗，于两个小时后抵达目标。第8航空军在清晨与苏联空军几个企图轰炸哈尔科夫地区德军机场的轰炸机团交战之后，夺取了战斗地域上空的制空权，不过未能制止苏军当天对第48装甲军集结的坦克进行连续而有效的空中袭击。7月5日早晨下了一场倾盆大雨，雨水使许多小溪成了坦克无法通过的激流。于是，又等待工兵架桥，使进攻停顿了大约十二个小时，据第48装甲军报告，整个作战地区都布满了地雷。苏军坦克占据的位置较高，地形有利。忠于职守的苏联炮兵的火力越来越猛，而且几乎不受德国空军对苏联发射阵地所实施的大规模轰炸的影响。在中部地区，第48装甲军右翼的豪塞尔党卫军师于7月5日黄昏仅仅突破了苏联的第一道防线，而布赖特的第3装甲军也只占领了别耳哥罗德以南顿涅次河上一个小小的登陆场。到第二天战斗结束时，德军只在三处有所突破，纵深还不到六七英里。赫特的结论是，与人们的意料和以往的经历相反，苏联步兵受过适当训练而且士气高昂。地形肯定是不便于双方坦克行动的，但是地雷、沟壑和水涝地所构成的障碍，以及星罗棋布的村庄和青纱帐的掩护，都有利于防御的步兵。正因为如此，苏联步兵部队已设法将人员、火炮和武器装备撤至第二道防线。
7月6日，第4装甲集团军继续沿着通向库尔斯克的公路进攻奥博扬。第8航空军出动飞机近一千七百架次，其中有一半是斯图卡俯冲轰炸机，然而，既要支援第48装甲军和党卫军第2装甲军作战，又要对付敌空军越来越强的抵抗，德军的空中力量是不够的。7月5日夜间与7月6日早晨，奇斯佳科夫的第6近卫集团军得到了大量反坦克部队的加强，卡图科夫的第1坦克集团军也开进了第二防御地带，位于第6近卫集团军之后。据苏方资料记载（其真实性极为可疑），沃罗涅日方面军军事委员会决定将第1坦克集团军的几百辆坦克配置在第6近卫集团军步兵部队的地域内掘壕据守。据推测，这是赫鲁晓夫的天才在军事委员会中又起了主导作用。显而易见这就导致了意见的分歧。华西列夫斯基支持瓦杜丁和赫鲁晓夫，而朱可夫和斯大林反对。最后，为了加强炮兵和反坦克的火力，坦克还是进入了掩体。7月7日，战役的发展越来越有利于德军。乍看起来，似乎德军可以取得主动权，并突破敌防御地域。第48装甲军和第2党卫军装甲军开始缓慢但不停顿地夺取敌阵地，并肩攻向奥博扬。肯普夫集群第3装甲军从舒米洛夫第7近卫集团军的翼侧向东北推进，进展神速，已开始向它们靠拢。这就使苏军沃罗涅日方面军感到有些恐慌，于是方面军采取了不寻常的措施：鉴于库尔斯克突出部西南角迄今无战斗，便命令据守该地的莫斯卡连科第38和第40集团军将其所有的炮兵部队（包括步兵师属炮兵团）交给第6近卫集团军。从这两个集团军还抽调了一个坦克军和数个步兵师去保卫奥博扬。同一天，第2和第5近卫坦克军对第4装甲集团军两翼的突击部队进行了反突击。
7月9日，第48装甲军离奥博扬仅仅十六英里，但离库尔斯克仍有五十五英里，离莫德尔的第9集团军更远，有九十英里。德军进攻锐势大减，人员伤亡惨重，部队疲惫不堪。希特勒寄予很大希望的波尔舍虎式坦克、豹式坦克和费迪南德式强击火炮证明并不成功。波尔舍虎式坦克没有机枪，提供不了近距离的防御火力。豹式坦克和费迪南德强击火炮配备的弹药数量不足。V型坦克的底盘技术上不过关，仍然不适用而且容易起火。重型坦克在战术上运用不当，没有充分使用它们非常有效的远程火炮来支援中型坦克和遂行远距离的狙击任务而将它们配置在战斗队形的最前方。不久就发现在灌木林和果木林进行近战时，T34型坦克在直射距离上能象虎式坦克摧毁T34型坦克一样轻而易举地摧毁虎式坦克。
瓦杜丁无法用卡图科夫的第1坦克集团军实施反冲击，因为该集团军早已掘壕据守无法撤出。这样的难题，朱可夫可能在反对用它遂行此项任务时已经预见到了。当时，沃罗涅日方面军得到了草原方面军的第5近卫坦克集团军和扎多夫的第5近卫集团军的加强。罗特米斯特罗夫（后来成了坦克战方面的最有名望的学术权威之一）指挥的第5近卫坦克集团军，强行军二百多英里到达朴罗霍罗夫卡地区。这时，第2党卫军装甲军正从该地向东突击以便重新寻找机动空间。7月12日在猛烈的航空兵火力准备之后，罗特米斯特罗夫的四个坦克军、一个机械化军共八百五十辆（门）坦克和自行火炮向豪塞尔的第2党卫军发起进攻。朴罗霍罗夫卡坦克战是这场战争中规模最大的一次，是在朴肖尔河和铁路路基之间一块狭长的地域上展开的。这个地域地形倾斜，有多道冲沟，密布着灌木林和果木林。双方大约动用了一千三百辆（门）坦克、强击火炮和自行火炮，在战场上空还进行着空战。近战时，德国新式重型坦克并不比T34型坦克优越。战斗连续进行了数天。第5近卫坦克集团军声称德国约有三百辆坦克被摧毁。与此同时，远在左翼的克诺贝尔斯道夫的第48装甲军还在继续与奇斯佳科夫的第6近卫集团军和卡图科夫的第1坦克集团军进行交战。尽管它认为苏联坦克的损失很大，然而它承认己方坦克的损失也是令人吃惊的。苏联的突击力非但没有减弱而且似乎还在不断增强。
在此期间，在北部约一百英里处的莫德尔第9集团军没有取得什么战果。德军于7月5日拂晓开始进攻，比南部晚十二小时。德军首先轰炸了苏联第13集团军的炮兵阵地，并遭到了中央方面军炮兵猛烈的反准备和骚扰射击。早晨刚过5时，坦克和装甲步兵就对苏军普霍夫的第13集团军及其毗邻的罗曼年科第48集团军和加拉宁第70集团军的翼侧发起了进攻。这次进攻还得到了坦克扫雷分队和携载炸药的哥利亚小型遥控坦克的支援。三小时后，在虎式坦克和费迪南德式强击火炮的支援下又在较狭窄的正面上恢复了进攻。起初，苏军抵抗微弱，空军似乎决心不大。第一天结束时，莫德尔的进展是令人满意的，因为他在二十英里宽的正面上打开了一个纵深约六英里的缺口，突破了第一道防线。不过，这就是他取得的全部胜利，以后就再没有多大进展了。第二天苏军迅速加强了抵抗。德国步兵对村庄、灌木林和树林进行了清剿，遭到惨重伤亡，头两天就死伤一万余人。7月7日，第9集团军坦克的炮弹消耗殆尽。莫德尔请求蔡茨勒立即给他运送十万发炮弹。德国坦克在地雷场的损失巨大。当德军从正面突入时，苏军继续在后方敷设地雷，扩大地雷场。经过四十八小时，莫德尔的进攻锐势消失了，进攻停了下来。
7月10日，英美部队在西西里一登陆，意大利显然不会再打下去了。希特勒害怕意大利本土和意大利占领的巴尔干半岛失守会使他的南翼暴露，决定采取军事行动，不仅要堵截敌人的登陆部队，而且还要保卫意大利和巴尔干半岛，防备意军背叛。7月13日，克鲁格和曼施泰因奉命到达东普鲁士并被告知元首的决定：停止“城堡”攻势，抽调一部分师到西欧，其中包括党卫军装甲军所属的师。曼施泰国认为苏军坦克预备队就要消耗殆尽，他主张继续这一攻势，否则，他认为就会放走在哈尔科夫到顿涅次盆地和黑海的长形突出部上与南方集团军群对峙的苏军坦克部队。如果党卫军装甲军从南方集团军群调走，那么任何样式的消耗战都会变得毫无意义。
7月10日英美军登陆标志着战争进入了一个新的阶段：终于逼得德国不得不在欧洲大陆的两条战线上作战。用不了多久，就会有许多德国部队为堵塞崩溃的防线而疲于奔命，再也不会有什么作为了。这次攻势进展并不顺利，而且是否能够取胜希特勒本人也持怀疑态度。自然，希特勒有可能把英美军的登陆当作脱身的唯一借口。然而更可能的是，他下令停止这次进攻确有自己的道理，他不但担心驻守意大利和巴尔干半岛德军的安全，而且还担心那些领土会落在敌人手里。他对苏联仍然估计不足而且对苏军即将开始的夏季攻势一无所知。另一方面，意大利和巴尔干半岛如果突然失守，德国就会失去包括石�