Ngày 4 tháng 7 năm 1943, sau khi pháo kích và không kích chuẩn bị, các sư đoàn của tập đoàn quân xe tăng 4 tấn công hệ thống các điểm cao giữa phía đông Belgorod tới phía tây Rakitnoye để chiếm lấy các vị trí quan sát cho cuộc tấn công chính sẽ được diễn ra ngày hôm sau.
Khi bắt đầu tấn công, Cụm tập đoàn quân Nam, dưới sự chỉ huy của thống chế von Manstein có 1081 xe tăng, 376 pháo tự hành. Với sư đoàn xe tăng 11 bên phải, sư đoàn bộ binh cơ giới Grossdeutschland bên trái, lực lượng của von Mastein xông thẳng về hướng Butovo.
Bên cánh phải là 3 mũi tấn công của quân đoàn II xe tăng SS dưới quyền thượng tướng Paul Hausser. Mục tiêu của họ là những ngọn đồi gần Jochontov và Streletskoye, và họ đã chiếm chúng thành công.
Cuộc tấn công chính bắt đầu sáng ngày 5 tháng 7 đồng thời trên cả hướng Bắc và Nam. Sư đoàn xe tăng 7 (thuộc quân đoàn xe tăng III) vượt qua bờ tây song Donets ở Dorogobushino và chiến đấu thọc qua các vị trí dày đặc xa tới Rasumnoye. Đã diễn ra 1 cuộc phản công đầu tiên của Xô Viết và có 1 số tăng Xô Viết bị tiêu diệt
Đến khoản 18g, trung đoàn xe tăng 25, sư đoàn xe tăng 7 băng qua cây cầu do công binh làm qua phái bờ đông sông Donets. Ngày 6 tháng 7 sư đoàn tiến vào 1 khu vực tập trung xe tăng của Xô Viết. Trận tiến công do trung úy Adalbert Schulz dẫn đầu. Schulz đã được thưởng huân chương chữ thập hiệp sĩ từ cuối tháng 12 năm 1941, và sau trận này anh được thưởng thêm thanh kiếm nữa.
Như thường lệ, Schulz ở tuyến đầu tiên. Trung đoàn của anh tiêu diệt được 34 chiếc T-34. Đại úy Fortun, tiểu đoàn trưởng tiểu đoàn 1 được truy tặng huân chương chữ thập hiệp sĩ ngày 7 tháng 8.
Ngày 7 tháng 7, sư đoàn 7 xe tăng tiếp tục tấn công. Đến ngày 9 tháng 7, chiến đoàn thiết giáp của Schulz đã tới được vùng đất cao ở phía nam Scheino. Đến tối ngày 11, toàn bộ quân đoàn III xe tăng đã tiến vào khu vực phía Bắc Scheino.
Những đơn vị chính của Tập đoàn quân xe tăng 4 đã đột phá qua được các vị trí trong hệ thống phòng ngự chiều sâu của đối phương. Các sư đoàn của nó đã tới được khu vực Prokhorovka. Quân đoàn II xe tăng SS, 1 trong những quân đoàn bên sườn của tập đoàn quân, cũng đã đột phá được đến khu vực Prokhorovka vào tối ngày 11 tháng 7.
Ngày 12 tháng 7 các đơn vị Hồng quân ở khu vực cánh nam của cuộc tấn công đã bị mất 1800 xe tăng, 267 pháo, 1080 pháo chống tăng và có 24.000 quân bị bắt. Trận đánh đã đạt tới đỉnh cao của nó. Thống chế von Manstein tự tin rằng lực lượng của ông có thể chọc thủng được hệ thống phòng thủ của Xô Viết và giành thắng lợi.
Thế nhưng tình hình của cánh Bắc ra sao?
Tập đoàn quân 9 dưới quyền đại tướng Model, là 1 thành phần của chiến dịch Zitadelle, có 8 sư đoàn xe tăng với tổng số 478 tăng, bao gồm cả những chiếc Tiger của tiểu đoàn tăng hạng nặng số 505, cùng 348 pháo tự hành để hỗ trợ cho những đơn vị bộ binh.
Mũi nhọn tấn công là Quân đoàn xe tăng 47, sẽ đột phá đợt đầu tiên vào các vị trí địch, đợt 2 sẽ thọc sâu vào lãnh thổ đối phương. Nếu cần thiết sẽ có thêm đợt thứ 3 tiếp nối.
Đại tướng Model đã đưa 1 sư đoàn xe tăng, là sư đoàn 20, tham gia tấn công đợt đầu. Theo ý kiến của chuyên gia về thiết giáp là thượng tướng Nehring, thì như vậy là quá ít. Nehring đã nói với tác giả:
“Giữ lại 5 trong số 6 sư đoàn làm dự bị là quá nhiều! Lẽ ra nên dùng 2 sư đoàn xe tăng để hỗ trợ trực tiếp cho các đơn vị bộ binh. Cách này sẽ hữu hiệu để chống lại những hệ thống phòng thủ vững chắc ẩn sâu dưới đất, như kiểu 2 cánh tay vừa hỗ trợ vừa bảo vệ lẫn nhau.”
Tương tự như vậy Walther K. Nehring cũng chỉ ra tầm quan trọng sống còn của các tiểu đoàn pháo tự hành chống tăng hạng nặng (Heavy Tank Destroyer Battalions) 653 và 654. Được tập trung trong biên chế lữ đoàn xe tăng số 21, 2 đơn vị này có 90 chiếc Ferdinand cùng 45 pháo tự hành hạng siêu nặng cỡ nòng 150mm của tiểu đoàn thiết giáp xung kích (Armored Assault Battalion) số 216 có thể đập tan bất cứ vị trí phòng thủ nào của địch. Các đơn vị này lại được đem dùng để bảo vệ 2 bên sườn họ.
Ý kiến của các chuyên gia về thiết giáp đã bị bỏ qua. Kết quả là cuộc tấn công của gọng kìm phía Bắc ngày 5 tháng 7 đã thất bại. Ngày hôm sau, trong đợt thứ 2, quân đoàn xe tăng 47 với 2 sư đoàn xe tăng số 2 và 9 đã rất cố gắng. Tối thứ 6, Model đã lệnh cho sư đoàn xe tăng 4 “tiếp tục tiến về hướng Kursk không chậm chễ”.
Lữ đoàn tăng số 21, không cần đến những chiếc Ferdinand, đã chiếm được 1 ngọn đồi ở phía nam Teploye cùng với các sư đoàn xe tăng 2 và 4. Dù vậy, ngày hôm đó cuộc tấn công của tập đoàn quân 9 -nhìn 1 cách toàn cục -đã bị chặn lại.
Cuộc tấn công được tiếp tục ngày 10 tháng 7, nhưng không có tiến triển nào. Bị tổn thất nặng không bù đắp được, ngày 12 tháng 7, Walter Model phải ra lệnh ngừng tấn công, vì vậy ở cánh Bắc cơ hội thực hiện chiến lược đánh nhanh đã bị phá sản.
Ngày 12 tháng 7, các thống chế von Kluge và von Manstein được gọi về Tổng hành dinh của Quốc trưởng. Hitler giải thích là quân đồng minh phương tây đã đổ bộ vào Sicily ngày 10 tháng 7 và tình thế đang rất nghiêm trọng. Hitler đoan chắc họ sẽ vượt biển từ đó để vào đất liền. Mặt trận phía đông sẽ phải chuyển giao lại các sư đoàn xe tăng để phòng thủ khu vực này và do đó không thể tiếp tục chiến dịch Zitadelle nữa.
Thống chế von Manstein cố vật nài giải thích rằng trên cánh phía nam trận đánh đã đạt được bước tiến quyết định. Đối phương đã dốc gần như toàn bộ lực lượng dự bị vào trận chiến và đang cạn kiệt. ” Đã đến lúc đập tan chúng ở khu vực phía nam. Nếu lúc này ta ngừng chiến thì coi như đã vứt đi chiến thắng!”
Hitler vẫn quyết định, “Zitadelle phải đình chỉ!”