2月21日，德军赖赫坦克师也开始了进攻，到达诺沃莫斯科夫斯克；骷髅坦克师推进到波帕斯诺耶。接着，党卫军坦克军各部队向南推进，到达巴甫洛夫格勒，苏军第6集团军的退路被切断了。同时，德军坦克第40军进攻西南方面军的快速集群。西南方面军的处境急剧恶化。
此时，苏军统帅部认为德军发动的反攻是为了掩护南方集团军群主力的撤退。为增援沃罗涅日方面军，南方面军奉命于3月9日派第6集团军对进攻哈尔科夫的德军发动反攻，然而由于第6集团军发起的反攻毫无准备，很快失败了。
另外，苏军统帅部认为德军可能向哈尔科夫和库尔斯克方向发动进攻，命令沃罗涅日方面军加强其左翼，守住哈尔科夫方向。然而，沃罗涅日方面军难以完成统帅部的命令，通往别尔哥罗德的道路已被党卫军打开。
3月4日，德军坦克第4集团军从美利霍夫卡和奥霍查耶出发，进攻苏军坦克第3集团军。苏坦克第3集团军多次击退德军的进攻，德军难以从南面进攻哈尔科夫，只好转向西突击苏第69集团军和坦克第3集团军的接合部。
3月6日晨，德军坦克第4集团军和肯百夫战役集群发动进攻。苏军进行了顽强的阻击后，最终放弃瓦耳基，3月9日苏军又撤离了柳博亭。
3月10日，党卫军坦克军赶到哈尔科夫西北20公里处的迭尔加奇，又在博戈杜霍夫的苏军第69集团军和坦克第3集团军间突破了宽为35公里的缺口。
3月11日，在哈尔科夫郊区和市区，苏军坦克第3集团军与德军展开激战，抵抗从北面和西面进攻的党卫军坦克军以及从南面进攻的德坦克第48军。同时，苏军第40集团军正与突入博里索夫卡的德军劳斯特种步兵军进行了激战，防止德军向别尔哥罗德进攻。
3月12日，德军进入哈尔科夫市区，3月14日，德军包围哈尔科夫市。在与德军优势兵力展开激战后，苏军坦克第3集团军于3月16日从哈尔科夫突围成功。
德军主力继续向别尔哥罗德进攻。肯百夫战役集群派劳斯步兵军从西南进攻别尔哥罗德，同时派党卫军坦克军从哈尔科夫以南进攻别尔哥罗德。苏军第69集团军接连战败，于3月18日撤离别尔哥罗德。同时，苏军第40集团军的左翼被肯百夫战役集群合围，被迫撤往北面的哥特尼亚方向。
这时，苏军统帅部发现中央方面军和沃罗涅日方面军有被合围的危险。苏军统帅部派第3坦克集团军突破哈尔科夫的包围圈。沃罗涅日方面军和西南方面军奉命撤往顿涅茨河以东约60公里处。
3月22日，曼施坦因下令各部队停止进攻，转入战略防御。3月23日，别尔哥罗德-哈尔科夫一带的战斗逐渐停止。
南方集团军群的反攻使苏军失去了俄罗斯南部和乌克兰的战略主动权，曼施坦因控制了顿涅茨河与米乌斯河之间的地区，使南方集团军群免于毁灭。这次战役起决定性作用的是霍特的第4装甲集团军，特别是豪塞尔的党卫军装甲军。该装甲军由党卫师、帝国师和骷髅师组成。
沃罗涅日方面军在科烈涅沃、克拉斯诺波利耶、戈斯提舍沃、沿北顿涅茨河左岸-沃尔昌斯克一带布防，组成库尔斯克突出部的南部正面防线。
奥廖尔-布良斯克方向：
苏军中央方面军的进攻是为了歼灭德军坦克第2集团军，并向德中央集团军群主力的翼侧和后方发动进攻。而德军需要守住奥廖尔突出部，还要从这里向南进攻库尔斯克，以支援坦克第4集团军，并扩大已在哈尔科夫发起的正面进攻。为此，希特勒调来7个师加强奥廖尔的力量。
2月26日晨，苏军中央方面军第65集团军和坦克第2集团军进攻布良斯克方向，骑兵步兵集群进攻谢夫斯克和斯塔罗杜布方向。至3月6日晚，第65集团军和坦克第2集团军遭到德军坦克第2集团军预备队两个师的顽强阻击。几天后，德军又调来几个师，致使苏军无法向前推进。而中央方面军的骑兵步兵集群比较顺利，向西推进100-120公里，到3月10日已经出现在北诺夫戈罗德附近的迭斯纳河岸。
希特勒对苏中央方面军骑兵步兵集群出现在迭斯纳河感到不安，立即从预备队中调来9个师前去阻截。苏军骑兵步兵集群在长达150公里的宽大战线上，遭到德军6个师的夹攻，被迫退回谢夫斯克，沿谢夫河一带防守。
3月21日，苏中央方面军在姆岭斯克、诺沃西耳、布良策沃、谢夫斯克和雷耳斯克一带停止进攻，构筑库尔斯克突出部的北部防线。虽然苏军的进攻失败了，但粉碎了德军从奥廖尔进攻库尔斯克出发去支援坦克第4集团军的计划。
斯摩棱斯克方向：
尔热夫-维亚兹马突出部是最靠近莫斯科的一个地段，德军付出了巨大的代价才守住该地段。德军中央集团军群约2/3的兵力在该地段上布防。
德军在苏联南方的形势恶化，当苏军进攻奥廖尔一布良斯克方向后，德军被迫放弃该突出部，腾出兵力坚守奥廖尔一带。另外，德军失去了杰米扬斯克突出部。
苏军从3月2日起向斯摩棱斯克方向追杀中央集团军群。德军撤退时设置了各种障碍物，苏军进展迟缓，20天才追击了100-140公里。
3月22日，苏军赶到斯摩棱斯克以北75公里处、亚尔策沃以东35公里处和尤赫诺夫西南65公里的米利亚提诺一带，德军分出17个师的兵力组成新防线。
1943年3月，苏军取得了辉煌的胜利，使战线远离莫斯科州。另外，苏军还突破了德军对列宁格勒的封锁，使德军北方集团军群遭受了重大的损失。
曼施坦因的南方集团军群控制了库尔斯克附近的别尔哥罗德地区，中央集团军群控制了奥廖尔一带。在库尔斯克突出部的是苏中央方面军和沃罗涅日方面军，对德军的防线构成巨大的威胁。双方都向库尔斯克集结兵力，一场大规模的战役必不可免。
1942年9月28日，斯大林格勒方面军改编为顿河方面军，拥有近卫第1集团军，第21、第24、第63、第66集团军，坦克第4集团军（第65集团军）和空军第16集团军。1943年1月1日，第57、第62和第64集团军转隶顿河方面军。
1942年10月至11月上半月，顿河方面军从斯大林格勒北部多次发动反攻，同时为夺取和防守顿河登陆场。在顿河方面军的连续进攻下，德军被迫把部分兵力向北转移，有力地减轻了德军对斯大林格勒方面军（原东南方面军）的压力。
在斯大林格勒城下的大反攻中，顿河方面军、西南方面军和斯大林格勒方面军密切配合，三方面军于11月19-23日突破了德军防线，并在顿河和伏尔加河之间地区包围了德军第6集团军和坦克第4集团军一部。
11月24-30日，顿河方面军、斯大林格勒方面军开始收缩包围圈，使包围圈缩小了50%，并开始围歼德军，但战果很小。德军派重兵为被围部队解围，结果苏军歼灭被围德军的战役被迫停止。
12月底，顿河方面军执行“指环”计划，奉命消灭德军被围集团。顿河方面军于转年的1月10日至2月2日完成了最高统帅部下达的任务。德军损失官兵14.7万人，被俘9.1万人。
1943年2月15日，顿河方面军被撤销，在其野战领率机关的基础上建立中央方面军的领率机关。原顿河方面军的第65集团军、空军第16集团军转隶中央方面军，其他集团军转隶统帅部预备队。
方面军司令是罗科索夫斯基中将（1942年9月至1943年2月），军事委员会委员是军级政委热尔托夫（1942年9-10月），旅级政委基里琴科（1942年10-12月），捷列金少将（1942年12月至1943年2月），参谋长是马利宁少将（1942年9月至1943年2月）。
德国的算盘
古德里安认为，不能自暴自弃地认为坦克已经被其他武器替代了。他还认为，现代坦克甚至可以在黑夜和大雾中用罗盘来指引方向，坦克是未来战争的决定性力量。
1943年，德国坦克和强击炮比1942年增产了73%，飞机增产71％。德国为在苏联作战的军队提供了最新式的“斐迪南”式强击炮。
曾经是世界上装备最精良的德军，现在成为落后的军队，主要装备都是过时的武器。苏军的军官和传令兵乘坐吉普车，而德军的军官和传令兵则改为骑马。
如果“堡垒”计划在4或5月发动，苏军的战败将不可避免。但到了6月，局势完全改变了，苏军已经在库尔斯克集结了重兵，把库尔斯克变成了要塞。即使德军能够冲过地雷场，攻下突出部，损失也是巨大的。
德国装甲坦克兵的历史很短，但其内容却非常丰富。其历史与古德里安的一生有着紧密的联系。以前，由步兵和骑兵构成的德国军队，是很排斥新技术装备的。一战时，各国军队开始把内燃机用于作战，而当时的德军尚未用汽车运送部队，也没有使用坦克。
在1917年的康布雷战斗中，英军集中使用了坦克，首次获得成功，而且是惟一的一次成功。在后来的战斗中，英军从未大规模使用坦克，仍使用小群坦克。德军统帅部对坦克的突击能力估计不足，认为用旧的防御武器就能摧毁对方坦克。
苏瓦松和亚眠战役时，盟军的大量坦克迅速突破了德军的防御纵深，德军打了大败仗，德军统帅部终于发现了坦克的威力。但当时德国的原材料短缺，难以改变德国在坦克制造方面的落后状况。
1919年，德国决定不惜一切代价生产800辆坦克。一战时的德国A7V型坦克仿制的是其他国家的坦克，高3.35米，长7.3米，重30吨。A7V装备1门57毫米火炮和6挺机枪，乘员为1名军官和15名士兵。
当时的坦克机动性很差，薄薄的装甲只能防御机枪子弹。坦克成为坦克兵们的噩梦，火炮是坦克的危险杀手。但如此落后的坦克仍能掩护步兵冲出堑壕，并支援步兵进攻。
一战结束后，在世界各国，坦克的战术和技术发展几乎停下来。协约国在一战最后两年生产的大量新坦克未能开上战场。而德国的坦克几乎完全交给了协约国。战后的前几年，坦克的战术在外国得到了进一步发展。
《凡尔赛条约》只准许德国建立一支10万人的军队，不准许装备坦克。德国一直在研究对付一战作战形式的新手段，尤其重视对坦克战术和技术发展的研究。各国军界传统思想认为，坦克具有两个战术优势，一个是火力，另一个是机动能力，应重点发挥其火力。
这时，德国以古德里安为首的创新派促进了德国装甲坦克兵的发展。1922年，古德里安作为德军总参谋部的军官，开始掌管陆军的汽车兵。他研究了摩托化部队的技术和战术等问题。随着发动机功率的加大和坦克行驶速度的不断提高，坦克的机动力明显提高了。
古德里安研究了外国坦克专家们的学说，特别是研究了英国人富勒和利德尔·哈特的军事著作后，相信发动机影响陆、海、空战的新时代来临了，发动机对战争的作用将不可忽视。
当时，德国汽车兵只有7个营，开始接受古德里安的摩托化思想。古德里安先从理论上培养一些军官，训练时使用以汽车底盘制成的坦克模型。
在1931年，古德里安升任汽车兵总部的参谋长。他对德军的汽车兵进行了改编，装备了新式车辆。
1933年，希特勒上台后大肆扩军备战。德军的摩托化开始快速发展。德军大量组建摩托化步兵部队。除了汽车兵总部外，德军还组建了新的装甲坦克兵部。
装甲坦克兵部的部长为卢茨中将，参谋长为古德里安。当时，德国只有3个坦克连，他们在汽车学校里接受训练。德国坦克兵在首次演习中曾借用了耕地用的履带拖拉机。
1935年夏，在门斯特的射击场，德军举行了第一个坦克师的战术演习，这次演习获得了成功。德军根据这个师组建了3个坦克师，分别驻在柏林、魏马和符次堡，隶属于装甲坦克兵部。
古德里安亲自担任第2坦克师的师长，目的是根据他自己的理论来训练坦克师。该师的官兵是从各个部队调来的“精英”。
除了这3个坦克师外，德军还组建了3个轻装师和4个摩托化师。上述10个师隶属于3个军，这3个军改编为装甲集群。
一些专门组建的集训队为新的坦克部队培养军官、准尉军官和技术人员。接着，德国又在柏林附近建立了德国第一个坦克学校，配备了训练设备，拥有一个小型训练场地。它就是第1装甲坦克学校。
学校的学员不仅要学习大量的坦克知识和战术等，而且要到焦贝里茨-艾斯格伦的专业集训队学习驾驶作业，这在当时是非常复杂的。只有一所学校显然是太少了，德军又将克朗普尼茨的骑兵学校的一半用来训练摩托步兵和装甲汽车兵。后来，这所骑兵学校全都用来训练摩托步兵和装甲汽车兵，并改名为第2装甲坦克学校。
后来，德国又在摩托化试验处和第1装甲坦克学校技术集训队的基础上组建新的装甲坦克学校。到1944年，德国在什图特加特-瓦辛冈组建了一所汽车修理学校。
尽管如此，德国在短期内是难以面面俱到的，在很多方面遇到了难题。于是，德国装甲兵在获取装备方面拥有优先权。
当时，德国每个坦克师都下辖两个旅（一个是坦克旅，另一个是步兵旅，旅下均设两个团），一个炮兵团和其他分队。轻装师下设两个摩托步兵团、一个炮兵团、一个侦察团和一个坦克营。轻装师属于过渡性编制，很快就改编为坦克师。
摩托步兵师采取的编制为普通步兵师编制，但全部实现了摩托化，并且拥有少量的坦克。另外，德军还组建了几个独立坦克旅，作为坦克预备队使用。
德军统帅部认为装甲坦克兵是主要的兵种。而其他国家却认为坦克只是步兵的支援武器。
按照古德里安的装甲兵战术思想，装甲坦克兵能够充分发挥其机动力，但是，单靠坦克兵无法完成所有的作战任务，因此坦克兵需要其他兵种的支援。因此，德国坦克师一般根据其任务配属其他兵种。二战完全证明了古德里安的观点。
在装甲兵理论上，一支精锐的装甲部队除了拥有主战装备外，不能缺少先进的战术思想体系，先进的战术思想能够发挥坦克的战斗潜力。
英国的福勒将军在其著作《装甲战》中指出：“装甲部队应从单纯支援步兵突破敌军防线的任务中解脱出来，在战场上凭借其强大的火力、速度和防护力，独自承担突击任务。”福勒的学说并未被西方各国军方所接受，比如英国仍在开发越来越大的“陆地巡洋坦克”，机动性差且火力弱。
西方各国将领普遍认为，坦克战就是勇往直前地向前推进，把敌军压碎在履带下面，甚至不管地形是否有利，都应该强攻。他们一向低估坦克的火力，坦克被看作是一群压路机。