1943年7月12日，庫爾斯克東南的普羅霍夫卡，近千輛坦克殘骸正冒著黑煙，癱倒在俄羅斯大草原上，這里剛剛結束第二次世界大戰最大的一場坦克肉搏戰。隨著德軍殘部退出戰場，德軍在庫爾斯克地區的進攻終止了。第4裝甲集團軍和肯百夫集群撤回戰役出發地－別爾哥羅德。蘇軍則尾隨追擊，7月23日，蘇軍與當面德軍再次形成對峙。
在庫爾斯克北面，蘇軍3個方面軍正在圍攻德軍固守的奧廖爾突出部。這次反攻是蘇軍統帥部制定庫爾斯克會戰作戰計劃時的一部分，代號“庫圖佐夫”。在會戰計劃中，庫爾斯克南部的反攻應由沃羅涅日方面軍和草原方面軍實施，行動代號“魯緬采夫統帥”。
按照蘇軍統帥部的要求，南部蘇軍應趁德軍剛剛遭受重大損失，立即轉入反攻，并按照會戰計劃，突破德軍駐守的別爾哥羅德－哈爾科夫防線，爾后挺進至烏克蘭腹地第聶伯河流域，為以后收復第聶伯河以西以及基輔做準備。
而實際上，經過庫爾斯克會戰防御階段的作戰后，沃羅涅日方面軍的損失巨大，尤其是作為突擊力量的坦克部隊急需要補充。草原方面軍以步兵為主，坦克部隊僅有一個軍，貿然進攻德軍堅固防御陣地，很難達成戰役預期。
在此情況下，朱可夫建議暫緩部隊反攻時間，要求部隊：變更兵力和兵器部署，為航空兵和炮兵進行周密的目標偵察，補充遭受傷亡的部隊，尤其加強對近衛第6、第7集團軍和第1坦克集團軍的補充，補充儲備燃料、彈藥，為實施重大進攻戰役準備必需的一切物資。
經過2年多的戰爭實踐，斯大林對朱可夫的軍事能力毫不懷疑，1942年8月，斯大林任命朱可夫為蘇軍統帥部最高副統帥，奠定了朱可夫在蘇軍僅次于斯大林的領導地位。這一次，斯大林也同樣采納了朱可夫的意見，讓部隊完成短期休整補充后再發起反攻。
德軍統帥部對別爾哥羅德一哈爾科夫地域也非常重視，因為這里扼制著蘇軍向烏克蘭和頓巴斯進攻的道路。德軍在這里的防御配系由幾個防御地帶構成，防御陣地全縱深達90公里。德軍對哈爾科夫的防御尤為重視，因為哈爾科夫是別爾哥羅德一哈爾科夫這一己方屯兵場整個防御的基礎。
在哈爾科夫以北德軍構筑了5道有相當縱深的防御地帶，掩護通向哈爾科夫的接近地。沿哈爾科夫城周圍構筑有2層環形圍廓。除哈爾科夫外，別爾哥羅德、托馬洛夫卡、波利索夫卡等地也是堅固的支撐點。在別爾哥羅德一哈爾科夫突出部實施防御的是德軍第4裝甲集團軍和“肯百夫”戰役集群。其編成有18個裝甲師和步兵師（總計30萬人、3000門火炮和迫擊炮、約600輛坦克和強擊火炮以及1000多架飛機）。
按照朱可夫和華西列夫斯基制定的作戰計劃，“魯緬采夫統帥”反攻作戰將由科涅夫的草原方面軍從正面攻擊別爾哥羅德－哈爾科夫軸線。作為主要突擊力量的沃羅涅日方面軍從德軍左翼第4裝甲集團軍和肯百夫戰役集群的結合部實施突破，把德軍一分為二，然后從側翼包抄在哈爾科夫方向的德軍。同時，馬利諾夫斯基指揮的西南方面軍從哈爾科夫東南向哈爾科夫突擊。
在戰役發起的第一天，沃羅涅日方面軍所轄近衛第5集團軍，應向前推進12~15公里。一旦德軍防線的突破口被打開，羅特米斯特羅夫的近衛第5坦克集團軍和卡圖科夫的第1坦克集團軍分別從左右兩翼投入突破口。在擊破當面德軍后，兩個集團軍轉而向左回旋，其中第1坦克集團軍形成對哈爾科夫外層包圍圈，近衛第5坦克集團軍轉隸草原方面軍，從西面包抄哈爾科夫，切斷哈爾科夫地區與德軍南方軍群的聯系，形成對該城的內層包圍圈。
為此朱可夫要求統帥部優先補充第1坦克集團軍和近衛第5坦克集團軍損失的坦克，至反攻開始前，兩個集團軍的坦克和自行火炮分別達到769輛和543輛。至8月初，蘇軍的準備工作完成，兩個方面軍總兵力為90萬人，在主攻方向上，沃羅涅日方面軍的近衛第5、第6集團軍和草原方面軍第53集團軍的炮火密度達到每公里113門火炮和129門迫擊炮。
為了迷惑德軍，蘇軍在主攻方向以西約100公里遠的蘇梅地區模擬集結了坦克集團軍和諸兵種合成集團軍，造成蘇軍的主要進攻方向在蘇梅，致使德軍第4裝甲集團軍將大量部隊調往該區域，直到戰役發起后，該地區仍保持著相當強大的兵力。
8月3日5時，蘇軍開始炮火準備，在長達2個多小時的準備期間，工兵部隊開始清除攻擊路線上的障礙物，并在雷區開辟道路。7時，隨著一次“喀秋莎”火箭炮的齊射，步兵和坦克開始出動，蘇軍的反攻正式開始。
沃羅涅日方面軍當面的德軍是第4坦克集團軍右翼。在進攻的第一天，近衛第6集團軍的進展非常順利，該部很快就突入德軍防線3公里，隨后德軍第19、第6裝甲師向蘇軍反擊也被擊退。與此同時，近衛第5集團軍的攻勢同樣猛烈，憑借蘇軍出色的炮火準備，該集團軍的步兵連續占領德軍3道戰壕都沒有遇到德軍有組織地抵抗。直到推進3公里后，才遭到德軍的第一次反擊。
至正午時分，近衛第5、第6集團軍的第一階段任務完成，第1坦克集團軍和近衛第5坦克集團軍從突破口投入戰場。下午3時，近衛第5坦克集團軍突破德軍第二道防線，開始向縱深前進，至日終，該集團軍已經推進了26公里。第1坦克集團軍和近衛第6集團軍則受阻于德軍增援部隊的反擊，進攻勢頭被遏制。
在沃羅涅日方面軍的左翼，草原方面軍在8月3日8時發起的進攻一開始就十分激烈。駐守別爾哥羅德方向的是德軍肯百夫戰役集群，該集群在別爾哥羅德地區構筑了堅固的防御工事，每一處陣地雙方都進行了激烈的爭奪。當天下午，科涅夫不得不將自己唯一的坦克部隊第1機械化軍提前投入戰場，至日終，蘇軍向前推進了8公里。
8月4日，經過炮火準備后，蘇軍開始了第二天的進攻。此時德軍的增援部隊陸續到達，雙方陷入苦戰。這一天蘇軍在大部分進攻地區都沒有達成突破，只有近衛第13步兵師（斯大林格勒戰役該師有出色表現）配合第1坦克集團軍部隊切斷了別爾哥羅德至托馬洛夫卡之間的公路，并突進至德軍重要防御支撐點托馬洛夫卡以南，從而使蘇軍在德軍第4坦克集團軍和肯百夫戰役集群之間打開了一個20公里寬的缺口，封堵住駐守在托馬洛夫卡的德軍第255、第332步兵師和第19裝甲師向東的通道。
當晚，蘇軍近衛第5坦克集團軍司令員特米斯特羅夫正一籌莫展，當天他的部隊受阻于德軍第6裝甲師的阻擊，僅向前推進了3~4公里。集團軍第二梯隊第5機械化軍已經被方面軍司令員瓦杜丁派往草原方面軍進攻別爾哥羅德，那里因為進展緩慢，需要增加突擊力量。正在他失望之際，方面軍向他通報了第1坦克集團軍已經在托馬洛夫卡突破的消息，遂決定以第29坦克軍繼續在正面進攻，第18坦克軍則從第1坦克集團軍的突破口向當面德軍左翼迂回。
8月5日，蘇軍第1坦克集團軍、近衛第5坦克集團軍的部隊從突破口繼續向德軍縱深推進。傍晚時分，他們已經抵達克里莫夫地區，切斷了托馬洛夫卡德軍的南撤之路。同時，近衛第5、第6集團開始圍攻托馬洛夫卡，雖然德軍的兵力處于劣勢，但抵抗非常激烈，蘇軍對托馬洛夫卡的進攻陷入停頓。
當天清晨，朱可夫命令右翼第27、第40集團軍投入進攻，他們的當面之敵是德軍第48裝甲軍。作為輔助突擊方向，上述兩個集團軍的進攻成功地將德軍一部分精銳吸引到己方方向，其中第27集團軍近衛第4坦克軍克服復雜的地形障礙和德軍抵抗，從西面威脅了托馬洛夫卡。
此時德軍在該地的防御已達3天之久，面對四面包圍的蘇軍已經無力堅持下去，當晚德軍決定向南突圍，但為時已晚。
在草原方面軍進攻的別爾哥羅德方向，蘇軍的進攻仍然沒有太大進展。4日晚，近衛第5坦克集團軍的第5機械化軍抵達。科涅夫隨即于5日清晨再次向別爾哥羅德發動進攻，其中第53、第69集團軍擔任正面強攻，第5機械化軍在東面強渡北頓涅茨克河，插向德軍防線右側后。鑒于此情況，南方集團軍群司令曼施坦因命令放棄別爾哥羅德，撤往哈爾科夫，德軍于當天開始向南有序撤退。
8月5日18時，蘇軍奪取別爾哥羅德。至此，取得了反攻第一階段的勝利。同一天，在庫爾斯克北部反攻的蘇軍肅清了奧廖爾城的殘敵，莫斯科于當晚鳴放禮炮以示慶賀。
隨后朱可夫命令部隊立即轉入下一階段的進攻，科涅夫的草原方面軍繼續在正面進攻哈爾科夫，瓦杜丁的沃羅涅日方面軍除一部負責肅清德軍殘敵以外，坦克集團軍則向哈爾科夫以西迂回，割裂其與德軍在第聶伯河方向的南方集群其他部隊。
負責圍殲托馬洛夫卡德軍的是羅季姆采夫（原近衛第13步兵師師長）指揮的近衛第32步兵軍，并得到第1坦克集團軍部分兵力的支援。6日，德軍第19裝甲師和第255步兵師開始向西南突圍，第332步兵師向南撤退。在德軍的撤退路線上，蘇軍以猛烈的炮火破壞了德軍的行動，德軍一次次地反撲都被擊退，這一天德軍共有5000人被擊斃，另有2000人被俘，幾天后被全殲。
第1坦克集團軍和近衛第5坦克集團軍繼續向德軍后方突破，由于德軍還未來得及組織防御，蘇軍的推進速度極快，6日中午，第1坦克集團軍的第3機械化軍和第6坦克軍已經前進了50多公里。次日上午，行進中的第1坦克集團軍司令員卡圖科夫接到瓦杜丁的命令，立即占領德軍重要的后勤供應基地－博戈杜霍夫。隨后第6坦克軍經過1個小時的戰斗，完全控制了博戈杜霍夫，繳獲包括700噸燃料的大量物資。
戰場形勢發展如此順利，讓瓦杜丁非常興奮，他判斷德軍已經處于崩潰的邊緣，只要再堅決一擊就能取得勝利。所以盡管知道坦克部隊已經與步兵部隊嚴重脫節，仍然命令兩個坦克集團軍繼續加快推進速度，盡快切斷哈爾科夫至波爾塔瓦之間的鐵路，以割裂哈爾科夫守軍的退路。
此時，曼施坦因正在醞釀反擊。
8月6日，曼施坦因將正在后方休整的黨衛軍第2裝甲軍調往前線。7日黨衛軍第3裝甲師（骷髏師）與第1坦克集團軍第3機械化軍遭遇。按照曼施坦因的要求，德軍隨即后撤。曼施坦因這樣做并不是害怕骷髏師不能抵擋住蘇軍的進攻，而是要積蓄力量，在最合適的時機把手中的力量一下打出去。半年前，就在這里他使用同樣的方法就讓蘇軍吃過大虧。
8日，蘇軍開始明顯感覺到在向波爾塔瓦至哈爾科夫鐵路推進的過程中，德軍的阻擊力量在加強，黨衛軍第2、第3裝甲師（帝國師、骷髏師）沒能讓蘇軍渡過莫切克河。求勝心切的瓦杜丁命令卡圖科夫務必于11日前將鐵路線切斷，于是第1坦克集團軍在10日第二次組織強渡。在成功渡河后，于12日攻占伐索科坡里，切斷了哈爾科夫德軍的退路。近衛第5坦克集團軍經過艱苦戰斗，在第1坦克集團軍左翼奪取了佐洛切夫，拔除了哈爾科夫西北的重要支撐點。此時兩個突擊集團已經連續作戰十天，第1坦克集團軍還剩下268輛，近衛第5坦克集團軍還剩下不到200輛坦克。
曼施坦因認為自己的機會到了，在第1坦克集團軍附近，德軍已經集結了黨衛軍第2裝甲師（帝國師）、第3裝甲師（骷髏師）和第5裝甲師（維京師）。雖然德軍的坦克數量不占優勢，但這些部隊剛剛補充了充足的彈藥和油料。而蘇軍正處在追擊狀態下，部隊非常分散，雙方交戰如手掌對拳頭。
8月11日中午，帝國師和骷髏師先消滅了蘇軍第1坦克集團軍的先頭部隊，奪回了伐索科坡里。此時處在前線的雷巴科夫察覺到異樣，他馬上向瓦杜丁匯報了情況，并要求部隊停止前進轉入防御。此時瓦杜丁尚沒有意識到這次是德軍反擊的開始，他命令近衛第5集團軍抓緊南下，保護雷巴科夫的左翼，同時還命令已經跟進的近衛第6集團軍在雷巴科夫的右翼進攻，繼續保持對德軍的壓力，最后他給雷巴科夫的命令仍然是南下進攻。
12日，蘇軍兩個坦克集團軍繼續推進，但前出的部隊又一次被圍殲，近衛第5坦克集團軍司令員羅特米斯特羅夫果斷命令部隊轉入防御，并在隨后瓦杜丁不斷地嚴令下沒有再出擊。而卡圖科夫在瓦杜丁的命令下，將手中尚保有一定戰斗力的第6坦克軍調到右翼，配合近衛第6集團軍繼續進攻。8月13日夜，曼施坦因將自己的坦克部隊悄悄地西調，于次日將蘇軍第6坦克軍一部和2個步兵師合圍，至17日，被圍蘇軍除近衛第52步兵師突圍成功，其余部隊被德軍全殲。
在這段時間的交戰中，雙方都損失巨大，近衛第5坦克集團軍還有130多輛坦克，第1坦克集團軍剩下160輛坦克，近衛第6集團軍在德軍的壓迫下只能轉入防御自保。
德軍在圍殲蘇軍第6坦克軍主力和近衛第90步兵師后，自身損失同樣巨大，帝國師還剩下32輛坦克和19門強擊火炮，維京師還剩下18輛坦克和4門強擊火炮，只有骷髏師還保持一定的戰斗力。至此，雙方在南線的戰斗陷入停頓，都無力再進攻。
在東面，草原方面軍由于缺少坦克，面對工事完備的哈爾科夫守軍，攻擊進展非常緩慢。雙方回到一戰時期的陣地戰，消耗著彼此的有生力量。8月12日，蘇軍進至哈爾科夫以北10公里的地方，科涅夫命令暫停進攻。至此，蘇軍在東線和南線的進攻都陷入停頓，德軍也無力反攻，戰場上突然僵住了。此時，雙方統帥將目光盯在了戰線的西北方向。
在蘇軍反攻之初，處于戰線西端的第40、第27和第38集團軍擔任輔助攻擊，他們的任務是盡量牽制當面霍特的第4裝甲集團軍，使其不能東援。戰役發起后，霍特命令部隊逐次抵抗，交替撤退，并于8月13日構筑了一條由北至南相對穩定的防線。
當接到曼施坦因進攻命令時，霍特手里的裝甲部隊由于自庫爾斯克會戰以來一直沒有得到有效補充（根軍德軍內部規定，黨衛軍優先于國防軍得到補充），他手中的大德意志師、第7裝甲師和第11裝甲師只有104輛坦克和強擊火炮，其中包括大德意志師第51獨立裝甲營的13輛虎式坦克。讓他欣慰的是增援給他的第10裝甲擲彈兵師及時抵達，并且齊裝滿員。
瓦杜丁也將目光投向了這里，這一次他準確判斷出德軍的企圖，并正確分析出德軍的進攻需要幾天時間的準備，他計劃提前向德軍發動進攻。在得到朱可夫的準許下，擁有6個步兵師和近衛第3機械化軍的第47集團軍調往北線，這樣，在北線的蘇軍已經達到了4個集團軍。
8月17日，蘇軍搶先在霍特左翼發起進攻，并迅速突破了德軍3個師的防線，向縱深推進了8~10公里。此時，霍特面臨兩難的境地，第4裝甲集團軍用來反擊的部隊在右翼，他需要在北上阻止蘇軍進攻和南下包圍蘇軍南線部隊之間做出選擇。最后，他命令左翼的部隊盡可能地頂住蘇軍的進攻，右翼的部隊向東南方向反攻，與那里的黨衛軍第2裝甲軍合圍蘇軍近衛第6集團軍、第1坦克集團軍和近衛第5坦克集團軍。
于是，在8月18日戰場上出現了兩軍在不同方向都發動攻勢的場景。在霍特進攻部隊的當面，是蘇軍第27集團軍，他們事先的偵察工作非常馬虎，完全沒有預料到德軍會反擊，所以德軍的推進非常順利，很快就在蘇軍的防線上打開了一個缺口，向縱深推進了12公里。如果第27集團不能堵住德軍的反擊，那蘇軍南線的3個集團軍將面臨南北腹背受敵的險境。
當天，朱可夫急令庫利克指揮的統帥部預備隊近衛第4集團軍投入戰場，同時命令第27集團軍和近衛第6集團軍分別在北、南擋住德軍的攻勢。19日，近衛第4集團軍的先頭部隊（近衛第7、第8傘兵師）投入戰斗，隨后該集團軍所屬近衛第3坦克軍也抵達戰場，蘇軍雖然穩住了戰場局勢，但因近衛第4集團軍司令員庫利克指揮失誤，蘇軍只將德軍擊退，沒有取得其他戰果。戰至8月21日，德軍第4裝甲集團軍開始撤出戰場，庫利克命令部隊停止進攻。此后，庫利克被調回莫斯科，直到戰爭結束再也沒有獲得指揮部隊的機會。
在解除了南線的險情后，蘇軍可以騰出手來對付東線的哈爾科夫。其實，早在霍特反擊的時候，科涅夫就調整了進攻部署，他命令4個集團軍繼續在正面進攻，抽出第53集團軍從右翼向哈爾科夫以西迂回。8月20日，該集團軍渡過烏迪河。當天，朱可夫將近衛第5坦克集團軍轉隸給科涅夫指揮，這讓科涅夫一下子擁有了一支突擊力量。他立即命令該集團軍投入到第53集團軍已經打開的突破口，插向哈爾科夫西南地區。
為了守住哈爾科夫，曼施坦因把一切能夠調動的部隊都投入到蘇軍的突破口，他命令第168、第198步兵師、第3裝甲師、黨衛軍帝國師以及裝備有豹式坦克和強擊火炮的黨衛軍獨立裝甲營立即進入該方向。8月22日，雙方在哈爾科夫的戰斗進入白熱化。
當天，第53集團軍的兩個師率先從西面攻入哈爾科夫。23時，北面的第69集團軍和近衛第7集團軍也攻入市區，曼施坦因只得命令部隊撤出哈爾科夫。
在撤退沿途，德軍奉命施行焦土政策，將頓涅茨克河和第聶伯河之間一切可能會被蘇軍利用的建筑物焚毀，一切公路、鐵路、橋梁都徹底破壞，農作物被付之一炬，水源被污染，糧食被強制征收，來不及帶走的全部燒掉，60歲以下成年男子（約15萬人）全部被擄走運回德國。
8月23日，蘇軍肅清哈爾科夫城內殘敵。當晚，莫斯科224門禮炮鳴放20響以示慶賀。
8月底，蘇軍開始向第聶伯河沿岸推進。在接下來的半年中，雙方在第聶伯河左岸和右岸（第聶伯河大致從北至南流入黑海，面向下游分左右兩岸），德軍南方集團軍群與蘇軍4個方面軍展開了激烈爭奪。曼施坦因也迎來了自己所說的“清算日”。
