这场普罗霍罗夫卡空前规模坦克大战一直持续到傍晚才结束。在历经8个小时血战后,德第2SS党卫装甲军和苏近卫第5坦克坦克集团军都损失了超过350辆坦克,德军步兵伤亡多达1万人,苏军步兵损失不详。到7月12日为止,南方集团群击溃了苏军10个坦克军或机械化军的预备队,向前突破了30—40公里。俘获苏军24000人,缴获、击毁苏军坦克1800辆、野战炮267门,战防炮1080门。
在北线,苏军的炮击也使德军的进攻比计划推迟了2个半小时,在几十分钟的炮火准备和空中轰炸之后,德第9集团按计划开始了进攻。经过激烈的战斗,他们突破了苏第13集团军的第一道防线,艰难地向前推进了5公里。但在两翼,苏军顽强地守住了阵地。在地面激战的同时,双方的空军也在进行激战,这一天德军出动了1000架多次,苏联空军也出动了600余架次。双方战至5日终了时,德军只向前突破不足10公里,却至少损失了70辆坦克。
7月7日凌晨,德军再一次发动了进攻,企图夺取交通枢纽波内里,战斗是异常激烈,德军数次攻入市区,但都被顽强的苏军赶了出来,而苏联空军经过激战,夺取了库尔斯克北部地区的制空权,从此给德国地面部队以很大威慑。
7月9日莫德尔以300辆坦克向苏军阵地发动了最后一次进攻,结果仍然是一无所获,此时德第9集团军的攻击能量已耗尽,莫德尔被迫在10日转入防御。
7月13日,希特勒紧急召回克鲁格和曼施泰因开会,他首先宣布英美联军已于7月10日在西西里岛登陆,意大利的情势恶化。希特勒认为德军必须要抽调兵力到意大利和巴尔干半岛,因此“堡垒”作战可能被迫停止。曼施泰因则认为德军已经到了胜利的边缘,就这样放弃苦战的成果未免太可惜了,他表示至少要把苏军的预备队全部击溃才罢手。最后希特勒还是根据地中海和中央集团军群的情况,决定停止“堡垒”作战。作为妥协,他同意让曼施泰因的南方中央集团军群继续攻击库尔斯克的苏军,直到击溃苏军装甲预备队为止。
但曼斯坦因对苏军实力的判断是相当错误的,其多次进攻均未能达成目标,在北面奥略尔方向,苏军于7月12日就开始转入反攻,投入兵力达到128万人、2万门火炮以及2400辆坦克、2000架飞机。苏军以近卫第11坦克集团军为主,向德第2装甲军团的阵地突破。
直到8月5日苏军才终于收复奥略尔,大部份的德军已经安然撤退到下一道防线。而在南部战线,希特勒于7月17日撤出了第2SS党卫装甲军前往意大利。于是曼施泰因只好停止攻势,向后撤退。8月3日,苏沃罗涅日方面军和草原方面军在西南方面军的配合下,向南方集团军群发起大规模反攻,于8月23日收复了卡尔可夫。至此,库尔斯克大会战结束。
中,德军30个精锐师包括7个坦克师被击溃,损失兵力50万人,损失坦克约1,500辆,损失火炮约3,000门,损失飞机2,300架。会战的失利使纳粹德国永久性地丧失了战场主动权,此后德军再也没有在东线发起有威胁的攻势。苏军也为库尔斯克会战付出了惨重代价,损失兵力80多万,损失坦克6,064辆,损失火炮5,244门,损失飞机1,716架。但会战的胜利使苏军从此获得了战场的主动权。