Den tyska krigsledningen bestämde sig våren 1943 för ett sista stort försök att besegra Sovjetunionen. Operationen, som fick kodnamnet Zitadelle, syftade till att kringränna staden Kursk och de sovjetiska styrkorna i området.
Till tyskarnas fördel talade att de hade genomfört en omfattande kraftsamling med många nya pansarvagnar. Nackdelen var att Kurskområdet var ett alldeles för uppenbart anfallsmål. Frontlinjen hade karaktären av en stor och utbuktande ficka som närmast inbjöd till samordnade attacker från nord och syd. Detta var lika glasklart för Stalin som för Hitler, varför Sovjetunionen hade förberett sig väl inför den befarade offensiven.
När slaget vid Kursk inleddes lyckades ryssarna, med uppbjudande av stora ansträngningar, hejda tyskarna på den nordliga huvudfronten. I söder fick emellertid tyskarna ett betydande övertag. Alla numerära odds var förvisso på Röda arméns sida, men det som fällde avgörandet i konkreta stridssituationer var tyskarnas bättre utbildning, större initiativförmåga och skickligare ledning. Sett till antalet döda soldater och till mängden förstörd materiel var slaget vid Kursk en stor tysk seger: Hitler förlorade 56 000 man och 280 stridsvagnar och stormkanoner, medan Stalin miste 177 000 man och mellan 1 600 och 1 900 stridsvagnar och stormkanoner.
Kulmen i slaget vid Kursk var striden vid Prochorovka den 12 och 13 juli 1943, räknat som världshistoriens största pansarslag.
Ryssarna sökte hejda den tyska framryckningen genom en misslyckad motattack, vilken på kort tid resulterade i att drygt 21 000 soldater i Röda armén stupade och minst 334 stridsvagn ar och stormkanoner gick förlorade. Tyskarna miste bara 5 500 man och 25 stridsvagnar och stormkanoner. Händelser vid andra frontavsnitt, vilka tvingade fram taktiska omgrupperingar, gjorde dock att tyskarna inte kunde utnyttja segern.
Trots framgångar likt dem vid Prochorovka slutade slaget vid Kursk i sovjetisk seger. Huvudorsaken var samma som vid Guadalcanal och el-Alamein: ryssarna hade större materiella resurser och kunde ideligen skicka nya trupper till fronten. Röda armén hade råd med väldiga manskapsförluster, vilka skulle ha varit ödesdigra för flertalet krigförande makter, men inte för Sovjetunionen. Det fanns alltid nya divisioner att skicka till fronten. Dessutom mottog ryssarna omfattande hjälpinsatser från USA. Det amerikanska stödet räddade många ryska liv från svältdöden under vintern 1942–1943, och Röda arméns avancemang 1943 och 1944 vilade i stor utsträckning på leveranserna av närmare en miljon amerikanska jeepar och lastbilar.
Minst lika avgörande för att krigslyckan vid Kursk, och i förlängningen på hela östfronten, övergick till Sovjetunionen var att Tyskland måste avdela resurser till ett nytt frontavsnitt, vilket försvagade positionerna i Ryssland. När tyskarna tvingades föra bort styrkor för att bromsa de allierades invasion av Italien, kunde Sovjetunionen inleda en serie offensiver som förde kriget allt längre västerut.
