１９４３年復，蘇德戰爭的重心已經轉到戰線的中央地段。斯大林格勒戰役後，蘇軍將戰線向西推進了６００餘公里，在庫爾斯克附近形成一個很大的深入德軍配置地域的突出部。
蘇軍佔領了這樣一個突出部，就可以對德軍奧廖爾集團和別爾哥羅德集團的側翼進行深遠突擊，進而解放烏克蘭、頓巴斯和白俄羅斯。反之，如果德軍從南北突擊庫爾斯克方向上蘇軍的側翼和後方，就可以向莫斯科方向發展，奪取戰略上的主動權。這種情況決定了庫爾斯克突出部在戰略上的重要地位，因而成為德軍１９４３年復季攻勢作戰的一個很誘人的目標。
希特勒為了奪回地面作戰的戰略主動權，
制定了代號為「堡壘"的進攻計劃，決定在庫爾斯克地區發動大規模進攻。其戰役企圖是：由奧廖爾和別爾哥羅德兩地域向庫爾斯克實施強大的相向突擊，合圍並消滅庫爾斯克突出部的蘇軍。為此德軍集中了５０個師約９０萬人的兵力。
蘇軍統帥部通過其情報部門瞭解到德軍的企圖後，決定先以防禦削弱和疲憊敵軍突擊集團，然後實施反攻。防守庫爾斯克突出部的是中央方面軍和沃羅涅日方面軍共１３０萬人的部隊。統一編入草原方面軍的強大的戰略預備隊集結在這兩個方面軍的後方。
德軍統帥部在準備"堡壘"戰役時，曾試圖加強迫航空兵的戰鬥力，以重新奪回逐漸轉入蘇聯空軍方面的空中主動權。僅從３月１５日至７月１日，德軍就從德國、法國和挪威向蘇德戰場調集了１３個航空大隊，加強在庫爾斯克地區活動的第４和第６航空隊，使其在庫爾斯克附近總共擁有２０５０架飛機，幾乎占當時在蘇德戰場作戰的德空軍飛機總數的７０％。
蘇軍由中央方面軍空軍第１６集團軍、沃羅涅日方面軍空軍第２集團軍、鄰近的西南方面軍空軍第１７集團軍和遠程航空兵基本兵力編成的航空兵集團，集中支援和掩護防禦部隊。到會戰開始時，又調來了預備隊航空兵兵團加強各空軍集團軍。蘇聯航空兵共有飛機２９００架，與德軍航空兵的兵力對比大約是１︰５︰１。
庫爾斯克會戰是以第二次世界大戰期間最大的一次坦克戰而為人們所熟知的，但它也是一次規模很大的空中戰役。在會戰前夕和會戰過程中，就爭奪制空權鬥爭的範圍、參戰航空兵的數量、激烈程度和作戰成果來說，它超過了以往歷次戰役。作戰雙方投入的飛機總共約５０００架。
"戰略間隙"戰績輝煌
在庫爾斯克會戰前的３個月，雙方都在作全面的準備，因此人們常把這個階段稱為"戰略間隙"。然而空中並不寂靜，由於地面忙於調集兵力，主要作戰活動是在空中進行的。
蘇軍為了扭轉自蘇德戰爭爆發以來空中作戰的被動局面，奪得空中作戰的主動權，以便為庫爾斯克會戰中奪取制空權掃清障礙，因此在庫爾斯克會戰的準備階段首先從空中對德軍發起了進攻，於１９４３年５月和６月進行了兩次旨在削弱德軍航空兵力量的空中進攻戰役，力求把德軍航空兵消滅在機場上。這一手還是德國人在１９４１年教會他們的。
１９４３年５月，蘇聯空軍根據最高統帥部的指示，制定了戰役作戰計劃。其戰役企圖是：出豈不意地對德軍各機場進行突襲，重創德軍部署在布良斯克、奧廖爾和哈爾科夫地區的航空兵集群主力。根據這一作戰企圖，蘇軍集中了第１、２、８、１５、１６、１７共６個空軍集團軍，擬攻擊德軍２６個機場。在這２６個機場上駐有德軍第６航空隊和第４航空隊約６０％的飛機。
第１次空中戰役是在５月６日至８日進行的。５月６日５時３０分，蘇軍以１１２架轟炸機、１５６架強擊機和１６６架殲擊機，在１２００公里長的戰線上同時對德軍１７個機場實施了第１次密集突擊，並從空中封鎖了駐有德軍戰鬥機的部分機場。德軍被搞得措手不及，未能進行有組織的抵抗，結果在機場上損失飛機１９４架，空戰中損失了２１架。蘇軍損失飛機２１架。
５月６日１５時，蘇軍又發起第２次突擊，共出動飛機３７２架，突擊了德軍２０個機場。在這次突擊中，德軍進行了猛烈的抵抗。德軍所有防空兵器均處於高度戒備狀態，戰鬥機在空中進行巡邏，高炮在機場區實施攔阻射擊。蘇軍統帥部預見到了這一點，於是增派了對付防空兵器和封鎖駐有戰鬥機機場的兵力和兵器。蘇軍飛行員克服了德軍的猛烈抗擊之後，擊毀擊傷機場上的１３４架敵機，在空中擊落德軍飛機２４架。蘇軍損失飛機４６架。
５月７日凌晨，蘇軍又對德軍機場發動了第３次突擊，共出動飛機４０５架，突擊了德軍２２個機場，擊毀機場上的德軍飛機９３架，空戰中擊落德軍飛機２９架。蘇軍損失飛機４８架。５月８日，德軍把大量航空兵部隊轉移到後方。留在戰線附近的飛機都進行了疏散和偽裝，並調來大量戰鬥機準備同蘇軍航空兵作戰。為了對蘇軍飛機進行遠程警戒和給自己的航空兵部隊報知險情，德軍不僅使用了雷達站，而且還使用小型戰鬥機狙擊隊沿前線一帶進行巡邏。
蘇軍空軍首腦機關一直注視著各空軍集團軍在戰役進程中遂行任務的情況。５月８日，
空軍司令員下達了訓令，其中指出："５月６日我方對敵機場的攻擊，由於達成了突然性而得以奏效。５月７日情況就不同了。敵戰鬥機部隊已開始警覺，加強了戰備並靠近戰線......在此情況下，只能對偵察清楚的機場進行攻擊，並應增加掩護突擊隊的殲擊機數量。強擊機編隊須經常保持強大的力量，以便做到不僅能突擊機場上的飛機，而且確實能壓制防空兵器......目前，應該把實力和機智作為襲擊戰術的基本原則，
因為活動的突然性已經不能指望。"此話說得一點不錯。這天，蘇軍空軍用１８１架飛機進行了第４次突擊。這次突擊毫無效果，總共才消滅了６架德軍飛機，自己卻損失８架。由於失掉了最初的突然性，蘇軍統帥部便發出暫時停止突擊機場的號令。
５月１３日，蘇軍空軍司令員就５月６日至８日的空中進攻戰役情況向斯大林作了如下匯報：
"３天中我空軍出動飛機１３９２架次，擊毀敵機場上的飛機３７３架，擊傷５１架，空戰中擊落敵機６７架，擊傷１０架。敵人共損失了５０１架飛機。這些數字來源於飛行員的口述、游擊隊的情報和所攝照片。我方損失了１２２架飛機，其中空戰中被擊落２１架，被高炮擊落８架，執行戰鬥任務未返航９３架。"
蘇軍為了確保在即將到來的庫爾斯克會戰中能夠奪得制空權，從１９４３年６月８日到１０日，又進行了第２次空中戰役。參加這次戰役的有空軍第１、第２、第１５集團軍和遠程航空兵兵團。戰役的目的是粉碎曾對蘇聯重要工業中心進行過夜襲的德軍轟炸航空兵集團。當時特別重視擊毀布良斯克、卡拉齊夫、奧廖爾、哈爾科夫、斯大林諾、扎波羅熱的機場上的敵機，因為通過空中偵察，發現這些機場上集中的轟炸機最多。
為了避免德軍掌握蘇軍的進攻規律，蘇軍將進攻發平時間改為傍晚。６月８日天黑前，蘇軍發起首次攻擊。由於德軍防空力量已處於高度戒備狀態，因而蘇軍加強了突擊編隊的掩護兵力，每個突擊編隊中殲擊機兵力都在６０％以上。６月８日，蘇軍擊毀擊傷了１４１架德軍飛機，６月９日擊毀擊傷了９２架，６月１０日擊毀擊傷了１６架。在這次空中戰役過程中，蘇軍共出動飛機３３６０架次，擊毀德軍機場上的飛機１６８架，在空戰中擊落德軍飛機８１架，蘇軍損失各種飛機１０６架。
經過５月和６月兩次空中戰役，蘇軍沉重打擊了德軍航空兵力量，改善了空中鬥爭態勢，為在庫爾斯克會戰中奪取戰役制空權，以及奪取整個蘇德戰場的戰略制空權創造了良好條件。
在對德軍機場實施突擊的同時，蘇軍航空兵還抗擊了德軍對蘇軍機場和鐵路設施的襲擊。６月２日，在抗擊德軍對庫爾斯克鐵路樞紐的密集襲擊時進行了特大規模的空戰。這天，德軍轟炸機在戰鬥機的掩護下分幾批飛向庫爾斯克城。蘇軍３８６架殲擊機升空截擊。在迎擊德軍編有轟炸機１３７架、戰鬥機３０架的第１梯隊的戰鬥中，蘇軍擊落敵轟炸機５８架。然而，蘇軍同德軍後續機群的戰鬥進行得不太順利，德軍的２８７架轟炸機中約有１６０架突進了庫爾斯克，它們的轟炸使鐵路樞紐運輸中斷１２小時。但在這天的襲擊中，德軍共損失飛機１４５架。
在庫爾斯克會戰準備過程中，蘇軍航空兵特別注意了破壞敵鐵路和公路運輸，寬大正面和距前線２００-２５０公里縱深的敵主要交通線在３個月的時間裡幾乎一直遭到蘇軍航空兵的突擊。蘇聯空軍對集中地域的德軍部隊司令部、通信樞紐和倉庫也採取了行動。５月初，５０架佩－２轟炸機組成的編隊對布拉索沃車站和洛科季新村的突擊炸毀了一座大彈藥庫，消滅許多坦克和裝甲車，還炸毀一列剛裝滿軍用物資的列車。
可見，庫爾斯克會戰前夕的"戰略間隙"完全是相對而言的，蘇軍在實施大規模的空中戰役和其他空中作戰行動中，共消滅德軍飛機上千架，可謂戰績輝煌。
感謝空中的支援
７月５日晨，德騎的進攻開始了。這對於蘇軍來說並不突然。蘇軍經過對德軍的詳細周密的偵察和對所抓俘虜的審訊，在德軍發起進攻之前不僅判明了敵進攻的日期，而且判明了敵開始進攻的時刻是在凌晨３點３０分。因此，蘇聯陸空軍都做好了充分的戰鬥準備。７月５日拂曉，根據蘇聯元帥朱可夫的指示，中央方面軍和沃羅涅日方面軍在德軍炮火準備開始前５分鐘進行了強大的炮火反準備。空軍第２和第１７集團軍所屬兵團使用４１７架強擊機和殲擊機對德軍７個機場進行了突擊，消滅了機場上的６０架敵機。德軍的進攻時間不得不推遲了兩個小時，在早晨５點３０分才發起了進攻。
隨著德軍進攻的開始，激烈的空戰也同時展開。德軍航空兵在蘇軍５月和６月空中戰役中受到沉重打擊，兵力不足，無力奪取整個作戰地區的制空權，便將轟炸航空兵和殲擊航空兵的所有力量都集中於坦克部隊和摩托化部隊突破防禦的地段。７月５日，戰場上空竟同時有德軍３００餘架轟炸機和１００餘架殲擊機在活動。因而蘇聯空軍戰鬥行動的規模比莫斯科和斯大林格勒防禦戰時也要大得多。
在中央方面軍地帶內，德軍從奧廖爾登陸場以主力向奧利霍瓦特卡發起突擊，同時對馬洛阿爾漢格利斯克和格尼列茲實施輔助突擊。
德軍在奧廖爾-庫爾斯克方向上的突擊集團由第６航空隊負責空中支援。第６航空隊把全部兵力都集中在寬２５-３０公里，縱深不超過１０-１５公里的戰場上空，全力支援平地面部隊突擊蘇軍陣地。每次襲擊都有１００-１５０架轟炸機參加，由近６０架戰鬥機掩護。
首先擋住德軍第６航空隊轟炸機去路的是蘇聯空軍第１６集團軍所屬殲擊航空兵第６軍和近衛殲擊航空兵第１師的飛行員們。德軍的飛機一出現在前線上空，他們便立即升空作戰。當確實查明德軍主力準備進攻奧利霍瓦特卡時，蘇軍的轟炸機和強擊機即全天以小編隊活動，突擊德軍的坦克、火炮和有生力量。
隨著空軍第１６集團軍的基本兵力投入戰鬥，航空兵的活動強度大大增加了。轟炸航空兵第３軍、航空兵混成第６軍、近衛強擊航空兵第２師和強擊航空兵第２９９師的飛行員們以６-８架飛機組成的編隊突擊了戰場上和雅斯納雅波梁納、
奧澤羅克、阿爾漢格裡斯克地域的德軍坦克和步兵。在７月５日這一天，蘇軍強擊機首次使用了新式反坦克聚能炸彈，這種炸彈重１．５-２．５公斤，能燒穿德軍"虎"式和"豹"式新式坦克。由於使用這種炸彈，僅強擊航空兵第２９１師的飛行員於一天之內就在沃羅涅日附近摧毀了３０輛德軍坦克。原德坦克第４８軍參謀長梅倫將軍後來寫道："許多坦克成了蘇空軍的犧牲起，俄國飛行員表現得特別勇敢。"
戰役第１天，蘇德航空兵的對抗是非常激烈的。蘇軍殲擊機飛行員為掩護戰場上的部隊，英勇地抗擊了德國航空兵的襲擊。這一天編隊空戰進行了７６次，擊落德軍飛機１０６架，蘇軍損失飛機９８架。空戰中，近衛殲擊航空兵第１師的科列斯尼琴科中尉表現了勇敢的精神和高超的戰鬥技能，他在會戰的第１天就消滅了３架敵機。波利亞科夫少尉表現也很突出，他用槍炮火力消滅了１架敵機，又用自己的飛機撞落了第２架敵機。
在空軍的有效支援下，蘇軍地面部隊順利地抗擊了敵人的衝擊。到７月５日夜，德軍僅在奧利霍瓦特卡方向插入蘇軍防禦６-８公里。
然而，防禦戰役第１天的情況也表明：蘇聯空軍為壓制和消滅大量目標分散了自己的兵力。殲擊機飛行員也暴露出一些缺點：他們迷戀於同敵戰鬥機作戰，有時竟把敵轟炸機置之於不顧。關於德轟炸機接近的情況，報告得不夠準確。有些殲擊機巡邏隊只在己方上空值班待命，沒有按高度作梯次配置。這樣只能通過不間斷的空中巡邏來掩護地面部隊，還造成了兵力的大量消耗。
在戰役的第２天，蘇軍為了恢復原來的態勢並消滅插入防禦之敵，進行了反突擊。空軍第１６集團軍決定於７月６日清晨５時以１４０架飛機對敵軍主要集團實施集中突擊。拂曉，偵察機查明了德軍坦克、摩托化步兵和炮兵集結地域，轟炸機和強擊機立即升空作戰。它們使用反坦克炸彈、殺傷彈和爆破彈實施突擊。蘇軍地面部隊看到德軍十幾輛坦克被炸毀後，便喊著"烏拉"衝向敵陣。
７月６日，蘇軍航空兵克服了第１天作戰中存在的缺點。殲擊航空兵第６軍軍長和近衛殲擊航空兵第１師師長都親臨設在前沿附近蘇軍反突擊地段上的前進指揮所，組織指揮殲擊機作戰。他們注意監視空中情況，必要時用機場值班分隊來加強殲擊機巡邏隊。巡邏空域跨過了前線，因此德軍飛機常常還未到達戰場便遭到截擊。
德軍航空兵遇到頑強的抵抗，其攻勢嚴重受挫。而蘇軍航空兵卻不斷加強突擊，這一天出動架次比７月５日多了１倍，在９２次空戰中消滅德機１１３架。
從７月７日開始，蘇軍牢牢地掌握了空中主動權，大部分德軍轟炸機還未開到戰場即遭到了攔截。
７月７日至８日，德軍在奧廖爾登陸場增調了兵力後，曾試圖經過波內裡突入庫爾斯克，
但告失敗。到了１０日，德軍在奧廖爾-庫爾斯克方向上的進攻能力已經枯竭，不得不轉入了防禦。
在奧廖爾-庫爾斯克方向防禦戰役期間，
蘇空軍第１６集團軍出動飛機７６００架次，遠程航空兵出動８００架次，共消滅德軍飛機５１７架，有力地支援了地面部隊粉碎德軍進攻的行動。
蘇軍地面部隊對航空兵的作戰給予很高評價。防守在主要方向上的中央方面軍第１３集團軍在報告中寫道：
"請向空軍第１６集團軍全體人員轉達我們地面部隊的衷心感謝，感謝他們從空中給我們的積極支援。第１３集團軍的戰士們都懷著親切愛戴的心情讚揚自己的戰友從空中實施的成功突擊。"
"堡壘"計劃的徹底破產
德軍對沃羅涅日方面軍的進攻也是於７月５日晨開始的，這路突擊集團由第４航空隊擔任支援。首先在奧博揚方向上展開了激烈的戰鬥。德軍集中了近７００輛坦克以及步兵和炮兵的主要兵力，在這裡實施主要突擊，企圖直插庫爾斯克。同時還以部分兵力進攻科羅恰，目的是把蘇軍兵力吸引到次要方向。
根據德軍的進攻態勢，沃羅涅日方面軍將其所屬空軍第２集團軍的幾乎所有兵力都集中到了奧博揚一線，而對科羅恰方向地面部隊的支援任務則交由空軍第１７集團軍完成。
德軍進攻剛一開始，在別爾哥羅德-庫爾斯克方向便發生了爭奪制空權的激戰。在縱橫１２００平方公里地區的上空，同時有雙方的２０００多架飛機在活動。一次參戰的飛機常常多達１００至１５０架。７月５日至１０日，僅蘇聯空軍第２集團軍的殲擊機就進行了２０５次空戰，擊落德軍飛機３３０架，蘇軍損失１５３架。加盧諾夫將軍指揮的近衛殲擊航空兵第８師的飛行員在戰鬥中表現特別突出，他們第１天就擊落敵機７６架。
在激戰的日子裡，蘇聯飛行員表現了對自己祖國的無限熱愛，表現出了勇敢無畏的英雄氣概和高超的戰鬥技能。中隊長戈羅韋茨上尉是蘇聯飛行員中的突出代表。７月６日，他完成戰鬥任務返航時，發現敵轟炸機群正飛向蘇軍陣地。這位勇敢的飛行員決定進行突擊。他隱蔽接近，突然發起連續攻擊，一連擊落９架德軍轟炸機，而他自己也英勇犧牲了。
蘇聯強擊航空兵和轟炸航空兵的主要兵力都用來消滅企圖在近衛第６集團軍地帶內實施突防的德軍坦克集團。
開始防禦的頭兩天，強擊機和轟炸機都以６-８機編隊活動。
後來為了提高突擊效率，減少飛機的損失，又以３０-４０機編隊實施集中突擊，因為大編隊強擊機和轟炸機的防禦能力更強，殲擊機也更容易為之提供掩護。同時，大編隊能分出部分兵力去壓制目標的防空兵器。航空兵對德軍的集中突擊大大提高了蘇軍士氣，給德軍的進攻造成了極大的困難。７月７日，強擊航空兵第１軍以兩次集中突擊粉碎了德軍在塞爾采沃、亞科夫列地區的坦克和步兵的重兵衝擊。
蘇空軍參謀長胡佳科夫將軍７月８日向空軍司令員報告說：「前些時候通過的關於把我航空兵戰術改為集中使用大編隊活動的決定是完全正確的。沃羅涅日方面軍首長認為航空兵作戰較前更加有效。"
通過前５天的緊張戰鬥，蘇軍部隊在空軍的積極支援下使德軍遭到了巨大損失，尤其是大量的坦克被摧毀。到７月１０日，德軍在戰場這一地段上的進攻被阻止，企圖通過奧博揚向庫爾斯克突進的計劃被粉碎了。但是希特勒對此不甘罷休，他進行了重新部署，將坦克師、機械化師和航空兵的主力調到了普羅霍羅夫卡方向，目的是想從東南方向迂迴庫爾斯克。
在得知德軍轉變了突擊方向後，沃羅涅日方面軍決定先以頑強的防禦疲憊德軍，然後再施行猛烈的反突擊，以徹底殲滅在普羅霍羅夫卡方向上進攻的敵軍集團。反突擊的時間定在７月１２日早晨。
７月１１日，蘇軍遠程航空兵和空軍第２和第１７集團軍的轟炸機，在對戰場上的德軍部隊進行突擊的同時，對德軍車站上的軍運列車進行了轟炸，還擊潰了沿公路和土路行進的德軍縱隊，目的是阻止德軍預備隊開進交戰地區。
７月１２日蘇軍反突擊開始之前１小時，空軍第２集團軍進行了４０分鐘的航空火力準備。他們共出動了２００多架飛機，對德軍集結的坦克和發射陣地上的火炮實施了突擊。在普羅霍羅夫卡地區，蘇軍的反突擊坦克部隊與德軍在衝擊中的坦克集群遭遇，於是形成了蘇德戰爭開始以來最大規模的坦克大會戰，雙方參戰的坦克約１５００輛，大量的飛機為之支援，因而在空中也展開了激烈的戰鬥。由於蘇軍地面部隊和航空兵的配合作戰，大量湧來的德軍坦克被阻住了。德軍損失了３５０多輛坦克和１萬多官兵，企圖突入庫爾斯克的最後努力又告失敗。
至７月２３日，沃羅涅日方面軍的部隊完全恢復了７月５日前所處的態勢。在別爾哥羅德-庫爾斯克方向防禦戰役期間，蘇軍航空兵共出動飛機１９２６３架次，擊落德機８９９架。
這樣， 蘇軍繼奧廖爾-庫爾斯克方向的防禦戰役於７月１１日結束後，別爾哥羅德-庫爾斯克方向的防禦戰役於７月２３日也勝利結束。
蘇聯軍隊在航空兵積極支援下，幾天之內就把德軍打得落花流水，希特勒攻佔庫爾斯克的"堡壘"計劃遭到徹底破產。
實現"庫圖佐夫"作戰計劃
蘇軍在庫爾斯克防禦戰役取得勝利後，遂決定立即對德軍奧廖爾集團和別爾哥羅德-哈爾科夫集團進行反攻，
並消滅這兩個集團，奪回被它們佔領的突出部，為爾後的總攻創造有利條件。
在奧廖爾-庫爾斯克方向上的反攻，
計劃由西方面軍、布良斯克方面軍和中央方面軍在４個地段上同時突破德軍的防禦，割裂奧廖爾德軍集團，然後各個殲滅。這個反攻計劃早在５月時就已擬好，代號定為"庫圖佐夫"。
在奧廖爾一線活動的德國空軍仍然是第６航空隊。蘇聯航空兵集群的編成內有西南方面軍空軍第１集團軍、布良斯克方面軍空軍第１５集團軍和中央方面軍空軍第１６集團軍。各空軍集團軍都得到了最高統帥部預備隊航空兵的加強，幾乎擁有３倍於德國航空兵的優勢。
為了實現"庫圖佐夫"作戰計劃，這一方向上的蘇軍航空兵受領了下列任務：保持制空權並且可靠地掩護軍隊突擊集團；支援陸軍突破敵軍防禦；阻擋敵軍進駐中間防線；阻撓敵預備隊機動；破壞敵軍指揮。
７月１２日，奧廖爾方向上的反攻開始了。在西方面軍近衛第１１集團軍突破地段上，空軍第１集團軍以７０架佩－２型轟炸機和４８架強擊機，在地面部隊發起衝擊前１５分鐘對敵炮兵和支撐點進行了突擊。遠程航空兵和夜間轟炸航空兵第２１３師也對這些目標徹夜進行了突擊，共出動３６２架次，向敵人投下了２１０噸炸彈。在布良斯克方面軍第６１集團軍的突破地段上，遠程航空兵和夜間轟炸航空兵第３１３師在夜間進行了航空火力準備，壓制德軍的火炮和迫擊炮，摧毀敵抵抗樞紐部，並突擊了敵集中地域的部隊。拂曉，各方面軍突擊集團在航空兵支援和強擊機施放的煙幕掩護下轉入反攻。
強擊機以１０-１２機編隊在殲擊機的掩護下不斷地開赴戰場上空，壓制敵炮火發射點，消滅敵坦克和有生力量。
發起進攻１小時後，戰場上空開始出現德軍轟炸機群，企圖對蘇軍部隊實施突擊，早在空中和機場待戰的近衛殲擊航空兵第１軍的殲擊機立刻迎擊。它們以猛烈的攻擊將德轟炸機隊形打亂，使其無法對蘇軍部隊進行瞄準轟炸。
這一天，蘇軍航空兵共出動飛機２１７４架次，空戰７２次，消滅德機８６架，自己損失５９架。與蘇軍飛行員共同作戰的還有法國"諾曼底"航空兵中隊的戰鬥機。法國志願人員於１９４３年５月到達前線後，編入了空軍第１集團軍，他們在同德機的格鬥中表現出了高超的技能和勇敢的精神。到１９４３年７月底，法國飛行員擊落了３０架敵機。
在８天之內，西方面軍部隊推進了７０公里，布良斯克方面軍部隊推進了２０公里，為合圍博爾霍夫集團創造了有利條件。德軍為了守住博爾霍夫，增調來１０個師的兵力，發起廣強大的反衝擊。蘇軍空軍第１和第１５集團軍的兵力幾乎全部被調去對德軍反衝擊部隊實施全力突擊。僅７月２５日一天，空軍第１集團軍的飛行員就消滅德軍大約２５輛坦克、１５０輛汽車、５個炮兵連和大量步兵。到７月２９日，博爾霍夫的德軍集團完全被粉碎。
布良斯克方面軍在諾沃西利以西地區發起進攻之前，進行了比博爾霍夫方向更加強大的航空火力準備。遠程航空兵和空軍第１５集團軍的轟炸機於７月１１日夜出動了６００多架次，對德軍主要防禦地帶的目標投下了約５５０噸炸彈。１２日晨，強擊航空兵第３軍以大編隊向德軍發起猛攻，消滅和壓制突破地段上的敵火起和部隊。在部隊發起衝擊前５分鐘，８９架轟炸機又對德軍一些重要的抵抗樞紐部和炮兵陣地投下了５００枚爆破彈和３０００多枚殺傷彈。
轟炸機、強擊機和炮兵的集中突擊，打得德軍士氣沮喪，無法進行有效的抵抗，蘇軍順利地向前推進。強擊機不停地消滅德軍殘存的發射點和抵抗樞紐部。蘇軍地面部隊在航空兵的支援下步步緊逼敵人，到７月１６日已前進到奧列什尼亞河。
７月１９日，
德軍調來大批航空兵對付蘇軍坦克部隊，德轟炸機以８-３５機編隊在戰鬥機掩護下企圖阻止蘇軍進攻。於是激烈的空戰打響了，嚴陣以待的蘇軍殲擊機在空戰中擊落德機２３架，迫使德大部分轟炸機掉頭回竄。８月４日拂曉，蘇軍突入奧廖爾城，８月５日晨將城內德軍全部肅清。
西方面軍和布良斯克方面軍的進攻作戰，迫使德軍不得不把部分兵力從奧廖爾突出部正南面調來增援。中央方面軍乘此機會於７月１５日轉入反攻，３天內就恢復了７月５日前的態勢，到８月６日即解放了克羅梅城。空軍第１６集團軍給了地面部隊有力的支援，每天出動飛機１０００多架次，致使德軍的有生力量和技術兵器遭到嚴重損失。
博爾霍夫、奧廖爾、克羅梅城解放後，蘇軍開始追擊被擊潰的德軍殘部。這時，統帥部命令空軍第１５、１６集團軍和遠程航空兵派主要兵力去消滅撤退之敵。根據空中偵察機的召喚，
強擊機和轟炸機對克羅梅-卡拉切夫公路上的敵汽車縱隊和奧廖爾-霍蒂涅茨-卡拉切夫-布良斯克鐵路幹線實施了突擊。
殲擊機也不時地對這些目標進行攻擊，而夜間則由前線航空兵和遠程航空兵出動襲擊。航空兵從８月６日至１０日共消滅德軍６０列列車和許多坦克及其車。
到８月１８日，奧廖爾方向的戰役業已結束。為了順利實施"庫圖佐夫"作戰計劃，蘇軍前線航空兵和遠程航空兵在３６晝夜內共出動飛機６０９９５架次，向德軍目標投下了１５０００噸炸彈，擊毀德機１４００餘架。在完全掌握了制空權的條件下，蘇軍共消滅德軍２１個師，奧廖爾突出部被奪回。
禮 炮 齊 鳴
在別爾哥羅德-哈爾科夫方向上的反攻，
計劃由沃羅涅日方面軍、草原方面軍和西南方面軍和第５７集團軍對德軍防禦的全縱深進行割裂突擊，然後分別圍而殲之。
在這一線活動的德國空軍是第４航空隊，此外還有匈牙利第２航空兵軍。蘇聯航空兵集群編成內有沃羅涅日方面軍空軍第２集團軍、草原方面軍空軍第５集團軍和遠程航空兵部分兵力。兩個空軍集團軍也得到了最高統帥部預備隊航空兵的加強，在數量上約超過德軍航空兵１倍。８月３日，沃羅涅日方面軍和草原方面軍轉入反攻。反攻前夜，遠程航空兵飛機在突破地段實施了突擊。翌日晨，在部隊發起衝擊前兩小時，空軍第２集團軍的轟炸機和強擊機在殲擊機掩護下對突破地段上的敵支撐點進行了壓制。在部隊發起衝擊前，兩個空軍集團軍又有２００多架飛機對主要防禦地帶內的目標實施了集中突擊。
在蘇軍航空兵和炮兵的有效打擊下，德軍支撐點的火器有的被擊毀，有的被壓制，所以在進攻的頭３０分鐘內，德軍基本上沒有進行什麼抵抗。個別炮兵曾企圖開炮轟擊，但很快就被戰場上空的蘇軍強擊機所發現並消滅。沃羅涅日方面軍當日上午即佔領了德軍主要防禦地帶。
德軍隨即把大量航空兵投入被突破地段，意欲阻止蘇軍的進攻。其轟炸機主要以小編隊活動，重點突擊蘇軍進攻的步兵和坦克。但每次襲擊都遇上了蘇軍殲擊機的猛烈攻擊，均被輕易地擊退了。在掌握了制空權的蘇軍航空兵的積極協助下，沃羅涅日方面軍的坦克集團軍很快突破了德軍防禦的戰術地幅，到８月３日夜已向前推進了２６公里。草原方面軍部隊也楔入敵防線７-９公里。
反攻第１天，蘇軍前線航空兵出動２６７０架次，他們的行動受到地面部隊的高度評價。步兵第４８軍軍長髮來電報說：「地面部隊所以能夠迅速向前推進，是由於強擊機飛行員直接有組織的協同和密集突擊。"
沃羅涅日方面軍和草原方面軍部隊突破德軍防禦後，迅速擴大戰果。８月５日，草原方面軍部隊解放了別爾哥羅德，並向哈爾科夫防線外圍逼近。到８月１１日，沃羅涅日方面軍將德軍別爾哥羅德-哈爾科夫集團分割成兩部，並切斷了哈爾科夫-波爾塔瓦鐵路。
德軍急忙把預備隊從其他地段調往哈爾科夫和阿赫蒂爾卡地區，企圖以兩個重兵集團對蘇軍沃羅涅日方面軍翼側進行強大的反突擊。這一調動被蘇軍空中偵察機及時發現。蘇軍採取了果斷的措施，調來前線航空兵和遠程航空兵的大量兵力，破壞鐵路和公路運輸，消滅德軍預備隊。西南方面軍空軍第８集團軍首先投入對德軍預備隊的戰鬥，其轟炸機和強擊機向調往哈爾科夫地區的敵坦克兵團和摩托化兵團發起猛烈攻擊。爾後，隨著敵預備隊的推進，空軍第１７、第５和第２集團軍的轟炸機和強擊機也先後投入這場戰鬥。它們成功地襲擊了沿線許多鐵路車站，消滅了行進途中的許多軍列和汽車縱隊。由於蘇聯航空兵的突擊，前來實施反突擊的德軍遭到重大損失。
然而，集中起來的德軍不等完全準備好，其３個坦克師便開始了反突擊，空中和地面激烈的戰鬥一直持續到８月２１日。由於蘇聯陸軍和空軍協調一致的行動，德軍的反突擊未獲成功。空軍第２集團軍的飛行員幾天中就消滅了德軍數十輛坦克，數百輛汽車以及數個火炮和迫擊炮連。德軍損失慘重，被迫退卻。
當沃羅涅日方面軍正在抗擊德軍的反突擊時，草原方面軍則在進行解放哈爾科夫的戰鬥。到８月１８日，他們突破了敵外圍防線，三面迂迴，準備合圍城內敵人。為了免遭全軍覆滅的命運，德軍開始從城內撤出平坦克師和摩托化師，並沿哈爾科夫-波爾塔瓦公路運走搶劫來的物資。
蘇軍即刻派出空軍第５集團軍幾乎全部兵力阻截德軍縱隊。僅８月２１日至２２日，蘇軍就出動飛機１３００架次，擊毀、擊傷敵坦克多輛，汽車上百輛。８月２２日夜，經過激烈巷戰，蘇軍終於從德寇的佔領下解放了哈爾科夫城。
８月２３日２１時，莫斯科以２２４門禮炮起鳴２０響，慶祝草原方面軍在沃羅涅日方面軍和西南方面軍協助下英勇地解放了烏克蘭第２大城市。
別爾哥羅德-哈爾科夫方向的反攻就這樣結束了。
在這次戰役中，蘇聯航空兵共出動飛機２８２６５架次，在空中和地面共殲滅德機８００架，為陸軍部隊完成任務創造了很好的條件。
庫爾斯克大會戰以蘇軍的輝煌勝利而告終。德軍在整個會戰中總共損失飛機３０００多架，希特勒已沒有能力迅速彌補平空軍的巨大損失。前德國將軍蒂佩爾斯基希曾寫道：
"從１９４３年起，無論用什麼方法，都不能改變敵空軍在戰鬥地域上空的獨霸局面。"蘇德戰場戰略制空權的爭奪戰持續兩年之久，到１９４３年７-８月，通過庫爾斯克上空的大決戰終告結束，蘇德戰場上的戰略制空權從此轉到了蘇聯空軍一邊。
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