为了抗击德军密集的坦克突击，各个方面军都在整个防御纵深内建立了对坦克的防御，最大限度地配备了炮兵、坦克、工程器材和地雷。在所有可能受到坦克威胁的方向上，防御都是由防坦克支撑点和防坦克地域组成的。除炮兵和坦克外，苏军还广泛地采取了布雷、挖掘防坦克壕、防坦克崖壁以及设置工程障碍等措施。同时，快速障碍设置队和防坦克预备队也进入待命状态。
作战经验表明，所有这些防坦克措施可保障杀伤敌坦克部队，从而也在很大程度上有助于粉碎敌人的进攻。
总之，5月和6月，苏军所有的地面部队和空军部队都进行了紧张的战斗准备，每个战斗员和指挥员都作好了迎击德军的准备。
7月12日，在沃罗涅日方面军地段上进行了最大的一次交战，在普罗霍洛夫卡方向上尤为激烈。
早在7月9日，朱可夫就已经估计到南线德军在进攻奥博扬失败后肯定会调头冲向普罗霍洛夫卡，必定会同近卫坦克第5集团军和近卫第5集团军遭遇，到时将会有一场大规模的坦克遭遇战。因此，朱可夫提前作好了遭遇战的一切准备。
正如朱可夫所预料的那样，德军第4装甲集团军在奥博扬受阻后冲向了普罗霍洛夫卡，恰好与赶来的苏军近卫坦克第5集团军和近卫第5集团军遭遇。于是，第二次世界大战中规模最大的坦克决战在普罗霍洛夫卡爆发了。
德军投入的是装甲兵老将霍特和他的400多辆（门）坦克和自行火炮，其中100辆是当时世界上最先进的“豹式”坦克。苏军参战的则是坦克兵新秀罗特米斯特罗夫将军和他的750辆（门）坦克和自行火炮。7月12日清晨，这两股钢铁洪流在普罗霍洛夫卡碰撞了。
这天清晨，坚守在普罗霍洛夫卡西南的苏军第69集团军受到了德军200辆坦克的攻击，形势紧迫，朱可夫立即命令罗特米斯特罗夫向德军发动反突击。
接到命令后，罗特米斯特罗夫进行了15分钟炮火准备后，就向德军发起了进攻。与此同时，德党卫军第2装甲军的3个师——“帝国师”、“骷髅师”、“阿道夫·希特勒师”也向苏军发起了进攻。
在这次坦克大会战中，苏德双方一共投入坦克和自行火炮近1200辆（门），战斗进行得极为激烈。在双方坦克交战的同时，在普罗霍洛夫卡以西地域的上空，双方在一天时间里还进行了12次激烈的空战。
虽然德国的新式坦克在装甲和火力方面优于苏军坦克，但是，由于双方进行的是坦克大会战，德军坦克的火力优势不仅无法体现出来，而且坦克的厚装甲在近战中也显得笨重了许多。在激战中，苏军坦克勇敢地冲入不灵活的德军坦克的战斗队形，进行猛烈的摧毁。
霍特很快便感到形势不太妙，决定撤出战斗，重新部署兵力。可是，由于双方坦克搅在了一起，根本无法重新组织战斗队形，所以只能硬着头皮继续打下去。
在战斗中，苏军表现得勇猛顽强。必要的时候，苏军士兵宁肯与敌人的坦克相撞而同归于尽，也不让敌人活着逃走。
这场空前血腥的坦克大会战从上午一直进行到夜幕降临，整整持续了八小时。德军最终支撑不住，丢下熊熊燃烧的300多辆坦克，仓皇逃去。苏军近卫坦克第5集团军也损失过半。苏德双方的700多辆坦克残骸有的紧紧撞在一起，有的炮塔被掀掉，遍地都是被烧成焦炭的尸体，惨不忍睹。
虽然在这次战斗中苏军的损失超过德军，但是战场上的真正胜利者还是苏军。
这场坦克大会战结束后的次日早晨，朱可夫来到沃罗涅日方面军指挥所。通过研究司令部的文件和审讯战俘，朱可夫看出这场战役的危机已然过去，而对德军全面进攻的时机已经来临。因此，必须及时切断德军的退路，不让德军回到自己的堑壕里，恢复其火力配系。于是，朱可夫决定立即组织部队按预定计划对德军展开全面进攻。
3．库尔斯克大反攻
早在1943的5月，最高统帅部就审查通过了在奥廖尔方向上实施代号为“库图佐夫”的反攻计划，其目的是由中央和布良斯克方面军及西方面军的左翼部队对敌奥廖尔集团实施钳形突击。
1943年5月至6月间，朱可夫几乎没有离开过沃罗涅日方面军和中央方面军。他不放过作战准备当中的任何细节，也很少有问题能够逃过他的眼睛。他每天不定时地向斯大林报告正在作的准备工作。
此外，朱可夫也亲自安排了周密的战前训练。为了克服步兵对坦克的恐惧心理，朱可夫专门设计了用T－34坦克对步兵进行“碾压”训练。数以百万计的军民投身到这场大战的准备工作当中，库尔斯克在德军眼中成了一个坚不可摧的大堡垒。
7月11日，朱可夫向斯大林报告：反攻战役的准备工作已全部结束。
于是，布良斯克和西方面军部队于7月12日转入进攻，而中央方面军部队则于7月15日转入进攻。这样，在奥廖尔地域展开了三个方面军的猛烈进攻，其目标都是粉碎德军的奥廖尔集团。
由于苏军坦克第1集团军、近卫第6和第7集团军极度疲惫，德军才获得片刻喘息的机会，并于7月23日将其主力撤回到别尔哥罗德防御地区。
8月3日晨，别尔哥罗德地域的反攻开始。沃罗涅日方面军实施了十分猛烈的炮兵和航空兵火力轰炸。已转入进攻的、拥有大量坦克的近卫第5和第6集团军部队，迅速突破了德军的主要防御地带。坦克第1集团军和近卫坦克第5集团军也相继进入突破口，其先遣兵团当日便推进了30余公里，从而摧毁了这个地段上德军的整个战术防御。
由于没有强有力的突破武器，草原方面军的进攻发展稍慢。当日，其先遣部队只推进了15公里。但这已经是很大的进展了，因为草原方面军各集团军所遇到的是德军更加坚固和更加纵深的防御。
次日，德军增强了抵抗，使苏军草原方面军的进攻发展更为缓慢，但沃罗涅日方面军的突击集群却成功挫败了德军别尔哥罗德集团的翼侧，顺利地向前推进。日落前，为了避免受到合围的威胁，德国统帅部开始撤退，这样一来，草原方面军部队也得以加速向前推进。
8月6日，根据战事的进程，朱可夫与草原方面军首长联名向斯大林提交了关于在别尔哥罗德、哈尔科夫方向上进一步作战的意见。
第二天，沃罗涅日方面军坦克第1集团军和近卫第6集团军的先遣部队，便占领了博戈杜霍夫。德军已经完全丧失了严密的防御正面，其第4集团军已离“战斗”集群很远，因而无力堵塞所造成的缺口。
为了援救德军第4集团军，“南方”集团军群仓促收集了其最后的全部预备队并将其投入到阿赫特尔卡地区。
由于担心哈尔科夫集团陷入合围，德军拼凑了由3个坦克师组成的一支部队，并于8月11日对苏军坦克第1集团军和近卫第6集团军部队实施反突击。已被削弱的苏军坦克第1集团军和近卫第6集团军部队未能经受住敌人的进攻，被迫向较有利地区撤退。
幸亏朱可夫及时命令罗特米斯特罗夫将军的近卫坦克第5集团军紧急进行支援，经过持续数天的激战，于8月16日阻止了德军的前进。
之后，德军在阿赫特尔卡地区实施了反击。于是，朱可夫将最高统帅部预备队中的近卫第4集团军投入到战场上。与此同时，苏军草原方面军各集团军也逼近了哈尔科夫，并在城郊遭遇了德军的顽强抵抗。
苏军在哈尔科夫地区的攻势越来越猛烈了。为了避免使其部队陷入合围，德军开始从哈尔科夫撤退，并于次日清晨撤走了最后的后卫部队。苏军草原方面军进入哈尔科夫市，受到了当地居民极其热烈的欢迎。
苏军占领哈尔科夫，标志着伟大的卫国战争中最大的一次会战结束了。这次会战粉碎了希特勒在军事和政治上寄予很大希望的德军主要集团。
苏军与德军的库尔斯克战役，持续了50天，最终以苏军的胜利而告终，共击溃德军30个精锐师（其中有7个坦克师），这些师的人员伤亡都在一半以上。
至此，德国已临近了不可避免的最后崩溃。德军的失败迫使希特勒于1943年夏季由其他战场调到苏德战场上14个师及大量加强部队，从而削弱了德军在欧洲战场上的力量。
希特勒从苏军最高统帅部手中夺取战略主动权的企图彻底失败，这表明德国衰弱至极，已经无法挽救失败的命运，垮台只是时间早晚的问题。
与莫斯科和斯大林格勒地区的反攻不同的是，库尔斯克突出部的反攻是一次预先计划好并得到充分保障的深远突击。在库尔斯克战役的反攻阶段，朱可夫首次广泛使用了坦克和机械化兵团，而这些正是实施战役机动的决定性因素，是向纵深迅猛发展和进入德军集团后方的重要手段。
朱可夫在库尔斯克附近打败德国军队，有着极其巨大的政治意义，进一步提高了苏联在协约国中的威望。