蘇軍統帥部根據此時的形勢，提出了1942年底至1943年初實施冬季戰局的戰略企圖，即：在從拉多加湖到大高加索山麓的廣闊正面上依次實施一系列進攻戰役，擊敗德軍強大集團，奪取戰略主動權，取得衛國戰爭的決定性轉折。
斯大林格勒的反攻則被放在頭等重要的地位。
根據蘇軍最高統帥部的戰略企圖，蘇軍應首先消滅伏爾加河與頓河之間的德軍集團，然后在北高加索、頓河上游和列寧格勒實施突擊。
為牽制敵人，使其無法調動兵力，還計劃在大盧基、爾熱夫和維亞茲馬等地域實施進攻戰役。一旦順利完成上述任務，即在庫爾斯克方向、哈爾科夫方向和頓巴斯發展戰略進攻。
蘇軍把主要突擊方向放在西南戰略方向并把基本力量集中在這一地區，是出于多種考慮。
一是這里聚集著德軍兵力最強、威脅最大的集團，粉碎這一集團，就能使蘇軍重新奪取戰略主動權，并為其他戰略方向發起進攻創造有利條件。
二是解放重要的經濟區將增加蘇聯的物質和人力資源，解除德軍對巴庫的威脅。
三是斯大林格勒方向是德軍戰略防御的弱點，德軍基本兵團都已投入攻城作戰，在翼側僅部署有戰斗力不強的羅馬尼亞和意大利軍隊。此外，在西南方向向羅斯托夫和塔甘羅格展開進攻，能分割敵A集團軍群，從而使頓河中游敵軍翼側暴露。
在蘇德戰場南翼，德軍在斯大林格勒附近和北高加索作戰的突擊集團還沒有來得及建立強固的防御，而且是分散在從沃羅涅日到厄利斯塔和從莫茲多克到諾沃羅西斯克的廣闊正面上。
因此，蘇軍最高統帥部決定：
作戰第一階段，在斯大林格勒——羅斯托夫方向集中重兵，投入堅決的反攻，合圍并殲滅斯大林格勒地域的德軍主要集團；然后，將增調的預備隊投入交戰以擴大戰略反攻正面，擊潰頓河中游的德軍，并向卡緬斯克——沙赫亭斯基、羅斯托夫總方向實施突擊，切斷北高加索敵軍龐大集團撤向頓巴斯的退路，進而擊潰德軍在蘇德戰場南翼的全部軍隊。
同時決定：
首先把兵力集中在伏爾加河與頓河之間，實施當前作戰的主要戰役斯大林格勒——羅斯托夫方向的進攻戰役，斯大林格勒附近的反攻則是當前作戰的最重要的戰役。
在展開斯大林格勒方向反攻準備工作的同時，蘇軍其他方向的方面軍也受命做好進攻準備：
列寧格勒方面軍和沃爾霍夫方面軍要做好突破德軍對列寧格勒圍困的準備；
西北方面軍、加里寧方面軍和西方面軍應于1942年10至11月在莫斯科方向共同實施進攻戰役，以擊潰爾熱夫地域和諾沃索科耳尼基地域的德軍；
外高加索方面軍固守占領地區，其北方集群應于11月初完成進攻準備，準備擊敗德軍莫茲多克集團。
由于一年半的戰爭消耗損失，戰時生產走上軌道不久，而且戰線太長，不能在短期內在斯大林格勒方向集中很多兵力，因而蘇軍進攻的兵力優勢并不很大。
冬季戰局是從斯大林格勒方面軍、頓河方面軍和西南方面軍在斯大林格勒方向的反攻開始的，結果殲滅德軍重兵集團約33萬人。
為擴大斯大林格勒反攻的勝利，蘇軍最高統帥部決定展開戰略總攻。進攻主要方向仍選在西南戰略方向，目的是擊潰德軍B、頓河、A集團軍群，解放第聶伯河東岸烏克蘭地區。同時，在正西方向上對德中央集團軍和在西北方向上對杰米揚斯克突出部的德軍展開進攻。
從1943年1月開始，在蘇軍頓河方面軍圍殲德軍第六集團軍的同時，蘇軍布良斯克方面軍、沃羅涅日方面軍、西南方面軍、南方面軍、外高加索方面軍等也相繼展開進攻。
蘇軍在斯大林格勒附近實施反攻時，蘇軍外高加索方面軍也在那爾契克、莫茲多克和土阿樸謝方向對德軍進行了多次反突擊，牽制了德軍A集團軍群的兵力，有力地支援了蘇軍在斯大林格勒方向的作戰。
1942年年底，高加索戰場主動權已轉入蘇軍手中。至1943年1月1日，北高加索德軍已沒有戰役預備隊。
斯大林格勒附近蘇軍的反攻，為高加索蘇軍造成了合圍德軍集團的有利形勢。因此，德軍統帥部從1943年1月1日起，就倉促將其第一裝甲集團軍沿北高加索鐵路向西北撤退。
1月5日，又開始撤退其在高加索山脈一帶的軍隊。德軍對受威脅最大的克拉斯諾達爾方向，也采取了一系列加強防御的措施。
蘇軍殲滅德軍北高加索集團的總企圖是：以兩個方面軍的部隊從東北、南面和西南實施協調一致的突擊，分割并殲滅德軍A集團軍群主力，不讓其撤出北高加索，解放頓河、庫班和捷列克等工業區和農業區。為實現總企圖，蘇軍的具體部署如下：
南方面軍以右翼第五突擊集團軍和近衛第二集團軍實施主要突擊，沿頓河下游進入羅斯托夫地域，以切斷德軍整個北高加索集團北撤退路。
為了合圍德軍A集團軍群的基本兵力，計劃實施兩個突擊：一個是以外高加索方面軍黑海集群左翼部隊向克拉斯諾達爾、季霍列茨克方向實施；另一個是以南方面軍左翼各集團軍向薩爾斯克、季霍烈茨克方向實施。然后，這兩支部隊向羅斯托夫發展突擊。
此外，黑海集群還向諾沃羅西斯克進攻，消滅德軍第十七集團軍右翼諸兵團，攻占塔曼半島。外高加索方面軍的北方集群右翼應向莫茲多克、阿爾馬維爾進攻，阻止德軍第一裝甲集團軍各兵團有組織的撤退。
西南方面軍左翼擬向伏羅希洛夫格勒方向突擊，保障南方面軍右翼各部隊向羅斯托夫方向的突擊。
1月1日，蘇軍北方集群在斯達夫羅波爾方向開始追擊德軍。此前，德軍已將其第二裝甲集團軍向西北撤退。
1月3日，北方集群收復莫茲多克，5日，收復普洛赫拉得內依，8日，前出到庫馬河、馬爾卡河和繞爾克河沿岸。10日，北方集群突破德軍沿這幾條河流建立的中間防御地區，并繼續向前追擊。11日，收復囤積有大量物資的礦水城車站，同時解放了吉斯洛沃得斯克和彼阿提哥斯克。21日，收復斯達夫羅波爾邊區首府斯達夫羅波爾。24日，前出到普利弗爾諾耶、阿馬維爾、蘇維特一線。同一日，北方集群根據蘇軍最高統帥部的決定，改編為北高加索方面軍。
黑海集群于1月11日在個別方向上發起進攻，其主要突擊集團則于1月16日拂曉在克拉斯諾達爾方向發起進攻。至1月22日，黑海集群各部隊向北推進了20千米，于2月1日前出到法秀林斯卡姬至道赫塔姆卡依的庫班河沿岸一線。黑海集群的進攻是在極其困難的條件下進行的，惡劣的天氣和復雜的山地，給后勤補給和航空兵支援造成很大困難。集結在克拉斯諾達爾方向的德軍部隊又是德軍的主力。這一切使蘇軍前進異常遲緩。直至2月12日，黑海集群各部隊才解放克拉斯諾達爾邊區首府克拉斯諾達爾。
接著，蘇軍北高加索方面軍以及外高加索方面軍的黑海集群，發起了合圍并消滅德軍集結在庫班河附近集團的戰役。由于德軍的頑強抵抗，蘇軍未能殲滅德軍集團，但將其壓縮至塔曼半島，至1943年秋季才將其驅走。
蘇軍南方面軍于1月1日開始實施羅斯托夫進攻戰役，所屬部隊向羅斯托夫和薩爾斯克方向轉入進攻。2月6日，解放了巴達依斯克，2月14日，解放羅斯托夫。
在進攻過程中，蘇軍重創德軍。1至4月，前進160至600千米，解放了北高加索、羅斯托夫州一部、庫班全境、烏克蘭一部，前出到亞速海，然而未能合圍北高加索德軍集團。
德軍統帥部將其第一裝甲集團軍5個師經羅斯托夫撤至頓巴斯，而A集團軍群主力則于6月初撤至庫班河下游地區和塔曼半島固守。6月初，北高加索方面軍根據蘇軍最高統帥部大本營命令轉入防御，并開始為拔除德軍塔曼登陸場準備最后一戰。
蘇軍高加索會戰的防御階段以及反攻階段前期，是與斯大林格勒會戰同時進行的。兩個會戰互相配合，互相影響。高加索防御戰牽制了德軍兵力。而斯大林格勒附近蘇軍轉入反攻，又為高加索方向的蘇軍造成了合圍德軍集團的有利態勢。
在實施解放北高加索各次戰役的同時，蘇軍還向庫爾斯克和哈爾科夫方向以及在頓巴斯展開了進攻。
進攻于1943年1月中旬開始，由沃羅涅日方面軍，在西南方面軍和布良斯克方面軍兩個方面軍部分兵力配合下，對德軍B集團軍群主力沃羅涅日集團先后實施了奧斯特羅戈日斯克——羅索什戰役和沃羅涅日——卡斯托爾諾耶戰役，旨在殲滅德軍B集團軍群主力。
奧斯特羅戈日斯克——羅索什戰役于1月13日發起，沃羅涅日方面軍所屬部隊向羅索什和奧斯特羅戈日斯克實施相向突擊，18日日終前在伊洛斯夫科耶、阿列克謝耶夫卡地域合圍了奧斯特羅戈日斯克——羅索什集團。
至24日，被圍集團大部被殲。至27日，完全殲滅沖出合圍圈逃到瓦盧伊基以東的羅索什集團殘部。
此役，蘇軍在德軍防御上打開一個寬250千米的缺口，向縱深推進了140千米，從敵軍手中解放約2.2萬多平方千米土地，包括奧斯特羅戈日斯克、羅索什、科洛特亞克、阿列克謝耶夫卡、瓦盧伊等城市和鐵路樞紐。擊潰敵軍15個師，重創6個師，俘敵8.6萬余名。
由于在敵防線上打開一個大的缺口，因而為實施沃羅涅日一卡斯托爾諾耶戰役和向哈爾科夫方向進攻創造了條件。
沃羅涅日——卡斯托爾諾耶戰役由沃羅涅日方面軍會同布良斯克方面軍左翼部隊，于1月24日至2月2日實施。
1月24日，蘇軍第四十集團軍所屬第四坦克軍首先發起進攻，于次日日終前楔入敵防御縱深20至25千米，對沃羅涅日德軍造成合圍威脅。德軍統帥部開始將軍隊撤向頓河對岸。
25日，蘇軍第六十集團軍在追擊敵人過程中解放了沃羅涅日。第三十八集團軍和第十三集團軍也先后于25日和26日轉入進攻，向卡斯托爾諾耶總方向實施突擊。
1月28日，蘇軍各部隊突擊集團會合于卡斯托諾耶地域，切斷敵軍集團西撤主要道路。與此同時，蘇軍第十三、第四十集團軍一部順利西進，構成合圍對外正面。
德軍第二集團軍基本兵力和匈牙利第三軍在卡斯托爾諾耶東南地域陷入合圍。
1月29日，沃羅涅日方面軍開始殲滅被圍德軍。任務最初由第三十八集團軍以及第四十集團軍部分兵力實施。沃羅涅日方面軍主力和布良斯克方面軍左翼，則奉命開往提姆河和奧斯科耳河地區，以便向庫爾斯克和哈爾科夫方向實施新的進攻。
2月2日，布良斯克方面軍和沃羅涅日方面軍開到指定地區。至此，沃羅涅日——卡斯托爾諾耶戰役實際上已經結束。
由于蘇軍對德軍估計不足，用于殲滅被圍集團的兵力不夠，無法構成綿亙的合圍對內正面，加之沒有組織好參加殲滅被圍之敵的部隊之間的協同，肅清被圍集團戰斗一直拖延至2月17日。
經多次激戰，被圍集團損失慘重，但部分兵力得以突圍西逃。通過此役，蘇軍奪取了沃羅涅日突出部，解放了沃羅涅日州大部和庫爾斯克州一部，粉碎了德軍第二集團軍主力和匈牙利第二集團軍第三軍，為向庫爾斯克和哈爾科夫兩個方向發展進攻創造了條件。
由于蘇軍在北高加索、頓河上游和列寧格勒等地的進攻戰役取得勝利，蘇軍戰略進攻的正面顯著擴大。德軍在蘇德戰場南翼的防線被摧毀達2000千米，即從利夫內直至大高加索山山麓。
蘇軍在西方方向推進約300千米，在北高加索推進達700千米。蘇軍頓河方面軍此時已粉碎斯大林格勒地域被圍德軍集團，可以騰出手來在新的方向發展總攻。
1943年2月5日，頓河方面軍改名為中央方面軍，并將一部兵力調往庫爾斯克地域。
1943年2月初，蘇德戰場上已經出現有利于蘇軍在寬大正面上展開進攻的條件，西南方向的情況則更為有利，德軍在那里的防線已被摧毀。
因此，蘇軍最高統帥部決定，于2月初在蘇德戰場的整個西南方向繼續采取攻勢，以便解放第聶伯河左岸烏克蘭地區；同時計劃在正西方向對德軍中央集團軍群和在西北方向對杰米揚斯克德軍集團實施進攻，以便向北擴大蘇軍進攻正面。
在西南戰略方向，蘇軍在庫爾斯克、哈爾科夫、頓巴斯、羅斯托夫和克拉斯諾達爾等方向同時展開進攻。參加進攻的有布良斯克方面軍左翼部隊、沃羅涅日方面軍、西南方面軍、南方面軍、北高加索方面軍和黑海艦隊。其中大多數兵團在過去一兩個月期間連續實施進攻作戰，人員和技術裝備缺額很大。
蘇軍沃羅涅日方面軍以及西南方面軍右翼部分兵力的任務，是解放哈爾科夫工業區。沃羅涅日方面軍左翼部隊應從舊奧斯科耳、瓦盧伊基地域沿向心方向對哈爾科夫實施主要突擊。正在庫爾斯克方向作戰的布良斯克方面軍第十七集團軍和沃羅涅日方面軍第六十集團軍，則分別向馬漢阿爾漢格爾斯克和庫爾斯克兩個方向發展進攻，從北面保障沃羅涅日方面軍主力對哈爾科夫方向的突擊。沃羅涅日方面軍在收復庫爾斯克、別爾哥羅德和哈爾科夫以后，進一步向西發展進攻。
蘇軍西南方面軍和南方面軍的任務，是殲滅德軍頓河集團軍群和解放頓巴斯。
戰役計劃規定：西南方面軍主力負責切斷德軍頓巴斯集團向西的退路，然后會同在伏羅希洛夫格勒方向進攻的方面軍左翼各集團軍以及南方面軍將頓巴斯集團殲滅；南方面軍應首先完成粉碎德軍羅斯托夫集團的任務，然后沿亞速海北岸向西發展進攻，與西南方面軍部隊協同作戰，消滅德軍頓巴斯集團并解放頓巴斯東南部地區。
蘇軍統帥部決定：
在蘇德戰場南翼實施大縱深作戰的同時，在西方方向對德軍中央集團軍群也實施幾次進攻戰役。在西北方向清除德軍杰米揚斯克突出部并擴大列寧格勒與內地相通的走廊。
在此期間，德軍統帥部也在采取緊急措施在蘇德戰場南翼建立強大突擊集團，力圖改善德軍在蘇德戰場南翼的態勢，阻止蘇軍繼續向西推進，并企圖重新奪回戰略主動權。
1943年1月，德軍統帥部為加強蘇德戰場南方集團，從西線調來6個師和兩個步兵旅，并把從高加索撤退下來的第一裝甲集團軍加強給頓河集團軍群。此外，還決定通過縮短戰線從杰米揚斯克和爾熱夫兩地域抽調部分兵力，組建新的預備隊。2月上旬，僅從爾熱夫——維亞茲馬突出部就抽調了7個師。
蘇軍在南翼的進攻，未經間歇即在庫爾斯克、哈爾科夫和頓巴斯等幾個方向同時展開。
沃羅涅日方面軍于2月2日至3日轉入進攻，在兩個方向作戰。第四十、第六十九集團軍和近衛第五坦克軍計劃前出到哈爾科夫以北地域，并從西北迂回該城。
第三坦克集團軍和近衛第六騎兵軍則實施機動，從南面繞過該城。右翼第六十集團軍與布良斯克方面軍第十三集團軍協同動作，在庫爾斯克——利哥夫方向進攻。
在獲悉德軍企圖向庫爾斯克地域調遣預備隊后，蘇軍第六十集團軍決定加速解放該城，以兩個突擊集團從南、北兩面迂回庫爾斯克。
2月8日晨，蘇軍收復庫爾斯克，并繼續向西面的利哥夫發展進攻。
沃羅涅日方面軍主力第四十、第六十九集團軍和第三坦克集團軍，在哈爾科夫方向的作戰行動也很順利。它們粉碎德軍在奧斯科爾河地區的抵抗后，向哈爾科夫迅猛推進，但越接近城市，遭到的抵抗越激烈，德軍將預備隊投入了交戰。
2月9日，蘇軍第四十集團軍主力解放了別爾哥羅德。10日，第四十集團軍所屬各兵團已進抵廣闊的戰役地區，前出到距哈爾科夫城北55千米處。這對沃羅涅日方面軍左翼部隊行動非常有利。
為免遭包圍，德軍哈爾科夫地域的部隊開始從北頓涅茨河一線撤至哈爾科夫。
2月15日，蘇軍從三個方向同時向哈爾科夫城突擊，激烈巷戰持續一個晝夜。蘇軍于16日中午肅清哈爾科夫的德軍，收復哈爾科夫。
在向庫爾斯克和哈爾科夫兩個方向發展進攻的同時，蘇軍以西南方面軍為主，進行了解放頓巴斯的戰役。為完成任務，西南方面軍專門成立了主要由第六集團軍、近衛第一集團軍和波波夫將軍的快速集群組成的突擊集團。
1月29日，蘇軍西南方面軍第六集團軍率先向巴拉克列亞總方向發起進攻。翌日，方面軍其他部隊也先后投入戰斗。
最初，蘇軍西南方面軍進攻發展十分迅速。第六集團軍占領巴拉克列亞和伊久姆兩城市后，至2月19日，已推進140至180千米。
進入克拉斯諾格勒郊區。近衛第一集團軍在第六集團軍左側行動，于2月11日攻占洛佐瓦亞車站。快速集結的近衛第四軍，進抵克臘斯諾阿爾美伊斯科耶地域。
2月9日，德軍開始撤離北頓涅茨河下游和頓河地區。德軍從北頓涅茨河下游撤到米烏河，并把裝甲師和機械化師從羅斯托夫地域調到克臘斯諾阿爾美伊斯科耶。
蘇軍西南方面軍司令員獲悉與其右翼對峙的德軍各裝甲部隊正在轉移的情報后，錯誤地認為德軍頓巴斯集團很快將放棄頓巴斯，向第聶伯河對岸撤退，并將錯誤的判斷報告蘇軍最高統帥部，同時通知沃羅涅日方面軍司令員。
沃羅涅日方面軍司令員發現，德軍黨衛坦克軍從哈爾科夫地域向克拉斯諾格勒方向撤退，也誤認為德軍將從沃羅涅日方面軍地帶內撤向波爾塔瓦。
西南方面軍司令請求大本營批準方面軍“傾全力發起神速的進攻，以徹底粉碎北頓涅茨河與第聶伯河之間的敵人，并在春季的泥濘開始之前前出到第聶伯河。”
蘇軍最高統帥部也犯了西南方面軍和沃羅涅日方面軍同樣的錯誤，沒有料到德軍能發起進攻戰役，不僅同意兩位司令員關于發展下一步進攻的建議，甚至還擴大了兩個方面軍的計劃。
結果，西南方面軍根據錯誤的判斷，決定全線發展進攻，先趕到第聶伯河，并特別強調部隊務必推進至第聶伯河彎曲部，攻占第聶伯羅彼得羅夫斯克和扎波羅日耶渡口。方面軍各部隊不斷向西方和西南方向邊戰斗，邊前進，逐日擴大進攻正面寬度，在敵人反攻開始時，寬度已達400多千米。
2月18日，西南方面軍所屬部隊抵達第聶伯羅彼得羅夫斯克和扎波羅日耶附近。
當西南方面軍開始遂行所受領的任務時，參加頓巴斯戰役的南方面軍也開始追擊退卻的德軍。蘇軍從冰面上渡過頓河，于2月14日解放羅斯托夫和諾沃切爾卡斯克。
17日，南方面軍追擊德軍，進抵米烏斯河。德軍利用預先構筑的陣地迅速組織了強固防御。南方面軍幾次試圖突破德軍防御均未成功。
2月上半月，沃羅涅日方面軍、西南方面軍和南方面軍的部隊在800多千米寬的地帶內發起進攻，向前推進150至300千米，解放了庫爾斯克、哈爾科夫、別爾哥羅德、羅斯托夫等城市，并使德軍遭受較大損失。
正當蘇軍準備實現自己的企圖時，德軍統帥部已于2月中旬完成兵力集中和對蘇軍西南方面軍和沃羅涅日方面軍實施反攻的準備。
德軍統帥部取消了在一、二月的作戰中遭到嚴重損失的B集團軍群和頓河集團軍群的建制，以其殘部為基礎，補充人員和武器，建立了新的南方集團軍群，組建了擁有800多輛坦克的突擊集團。
在蘇軍西南方面軍當面，德軍在兵力上擁有一倍的優勢，坦克擁有6倍的優勢，航空兵擁有兩倍的優勢。
2月19日，德軍重新組建的南方集團軍群轉入反攻。在第聶伯羅彼得羅夫斯克以東和東北同蘇軍展開了遭遇戰，最后以蘇軍受挫而告終。德軍向哈爾科夫西南地區變更部署后，于3月4日對沃羅涅日方面軍暴露的翼側實施突擊。
3月16日和18日，德軍重新攻占哈爾科夫和別爾哥羅德。至3月底，德軍將沃羅涅日方面軍諸兵團擊退到北頓涅茨地區。在這種形勢下，蘇軍最高統帥部被迫全面修改計劃，為擊退德軍反攻，從其他方向調來了兩個集團軍，從預備隊抽調了3個諸兵種合成集團軍和第一坦克集團軍，派往哈爾科夫以東地域。
從3月20日至25日，德軍企圖往北奧博揚方向發展進攻。德軍數次試圖北進，突破蘇軍別爾哥羅德防線，未獲成功，不得不于3月22日開始轉入防御。
至3月25日，奧博揚方向的戰線就在克臘斯諾波利耶、別爾哥羅德，再沿頓涅茨河岸直至楚古耶夫一線穩定下來。沃羅涅日方面軍著手組織陣地防御，構成了所謂庫爾斯克突出部的南部正面。
綜上所述，蘇軍向第聶伯河實施深遠突破后，在艱苦條件下抗擊德軍優勢兵力的反突擊，遭受了相當大的損失，但終于使戰線沿北頓涅茨河以及在別爾哥羅德附近穩定下來，雙方都沒有達成預定目的。
對于蘇德戰場南翼德軍反攻的結果，斯大林在1943年5月1日第一九五條命令中評價時指出：
德國人指望合圍哈爾科夫地域的蘇軍，并為我軍安排一個“德國的斯大林格勒”。但是，希特勒德軍指揮部想報斯大林格勒一役之仇的企圖破產了。
德軍未能奪回戰略主動權，也未能轉入其反攻的第三階段并圍殲蘇軍重兵集團于庫爾斯克地域。
在西方戰略方向，蘇軍的計劃是：
以布良斯克方面軍以及西方面軍左翼部隊，沿向心方向對奧廖爾和布良斯克實施突擊，擊潰德軍奧廖爾集團。
待蘇軍中央方面軍所屬各集團軍到達，即向斯摩棱斯克方向發展進攻，進至德軍爾熱夫——維亞茲馬集團后方，并協同加里寧方面軍和西方面軍圍殲德軍中央集團軍群的主力。
1943年2月6日，蘇軍各有關方面軍接到準備進攻的訓令。
德軍統帥部為掩護其中央集團軍群的右翼，不僅計劃固守奧廖爾突出部，而且計劃從這里向南對庫爾斯克實施突擊，接應第四裝甲集團軍，擴大德軍在哈爾科夫地域內發起的進攻的正面。
為此，德軍統帥部急忙由爾熱夫——維亞茲馬突出部和戰場其他地段抽調兵力加強第二裝甲集團軍。
至2月12日，該集團軍已得到調來的7個師，這些師大部在奧廖爾以南展開。
德軍經過一年多的時間，在其正面大多數地段建立了組織完善、工事堅固的防御。
蘇軍西方方向和西北方向所屬各集團軍，因長期采取進攻行動，戰斗能力已有所下降。西方方向各方面軍投入戰役時間先后不一，首先開始進攻的是布良斯克方面軍。布良斯克方面軍左翼部隊進展緩慢，兩周內僅向北和西北推進10至30千米。
至2月24日日終，前出到諾沃西耳、馬洛阿爾漢格爾斯克和布良策沃一線。應從北面突擊布良斯克的西方面軍第十六集團軍，至2月22日才發起進攻。在突破德軍第一防御地帶并推進13千米后，遇到德軍由爾熱夫調來的2個裝甲師有組織的抵抗，無法繼續推進。
西方面軍和加里寧方面軍主力直至3月初才轉入進攻。這時，德軍為騰出兵力投入奧廖爾地域，決定放棄爾熱夫——維亞茲馬突出部，實際上已開始從爾熱夫——維亞茲馬登陸場主動撤出自己的軍隊。
2月24日，蘇軍中央方面軍基本集結完畢，并在庫爾斯克以西和西北展開。因此，蘇軍最高統帥部將原先計劃由布良斯克方面軍擔負的進攻布良斯克的任務轉交給中央方面軍實施。布良斯克方面軍奉命直接殲滅德軍奧廖爾集團，解放奧廖爾。展開在布良斯克方面軍和奧羅涅日方面軍接合部的中央方面軍，從2月26日開始，以主力向布良斯克總方向，以騎兵、步兵集群向謝夫斯克和斯塔羅杜布總方向發起進攻。
由于遇到兵力不斷增強的德軍有組織的抵抗，蘇軍主力進展緩慢。德軍統帥部因蘇軍中央方面軍騎兵、步兵集群前出到杰斯納河而深感不安，急忙從預備隊中抽調9個師的兵力進行阻擊。騎兵、步兵集群在遭到德軍南北夾擊的情況下，被迫退至謝夫斯克地域，沿謝夫河設防固守。
從3月21日起，蘇軍中央方面軍在姆嶺斯克、諾沃西耳、布良策沃、謝夫斯克和雷耳斯克一線轉入防御，構成了庫爾斯克突出部的北部正面。
由于蘇德戰場南翼蘇軍情況已開始惡化、德軍防御的鞏固，以及德軍從爾熱夫——維亞茲馬突出部迅速機動大量兵力進行反擊，蘇軍在西方方向的進攻未能奏效。但這一方向的行動，卻粉碎了德軍從奧廖爾突擊庫爾斯克、接應德軍第四裝甲集團軍和擴大進攻正面的企圖。
在西北方向，蘇軍統帥部打算使用列寧格勒方面軍、沃爾霍夫方面軍和西北方面軍的部隊，擊潰德軍北方集團軍群。
1942年，德軍曾多次從南面向列寧格勒進攻，但始終未能進一步楔入，被迫轉入防御。蘇軍也多次發起進攻，企圖打破封鎖，也未達到目的。
蘇聯軍民因長期遭受圍困，直至1943年初生活和斗爭條件仍十分艱難，“街道和廣場不斷遭到轟炸和炮擊，人員時有傷亡，建筑物常受破壞。由于與內地的陸路交通斷絕，工廠所需燃料和原料運輸極為困難，軍隊和居民迫切需要的食品也得不到保證”。
蘇軍在南翼的大舉進攻，牽制了德軍的基本兵力和預備隊，使德軍統帥部無法加強其列寧格勒方向的軍隊集團。蘇軍統帥部決定利用這一有利形勢，在列寧格勒附近實施進攻戰役，以粉碎德軍對列寧格勒的長期封鎖。
1942年12月初，蘇軍最高統帥部命令沃爾霍夫方面軍和列寧格勒方面軍準備實施突破列寧格勒封鎖的戰役。
1943年初，德軍第十八集團軍共26個師從南面和東南面包圍著列寧格勒，芬蘭集團軍以4個師以上的兵力，在卡累利阿地峽，從北面封鎖列寧格勒。德軍在什利謝利堡——錫尼亞維諾突出部，部署了密度很大的兵力，并在這一地區構筑了許多防御樞紐部和支撐點。
1943年1月12日晨，兩個方面軍同時發起進攻。蘇軍由于在突破地段集結了大量火炮和坦克，而且行動迅速，所以進攻第一天就在兩個方向達成了突破。德軍統帥部抽調預備隊和其他方向的部隊，力圖恢復態勢，但在蘇軍各集團軍將第二梯隊投入交戰后，德軍統帥部這一企圖被粉碎。蘇軍沖破德軍抵抗，繼續向敵防御縱深發展進攻。1月14日日終，蘇軍兩個方面軍相隔已不到2000米。1月18日，沃爾霍夫方面軍與列寧格勒方面軍在錫尼亞維諾以北地域會師，從而在拉多加湖以南形成了一條寬8至11千米的走廊。通過這條走廊，列寧格勒軍民便可以從陸路直接與內地聯系。
至此，蘇軍終于突破了德軍對列寧格勒的長期封鎖。此后，蘇軍試圖在錫尼亞維諾——姆加方向上繼續進攻，但未獲進展。
在戰役進行過程中，蘇軍航空兵出動飛機9000余架次，積極配合兩個方面軍突擊集團的進攻。紅旗波羅的海艦隊的艦炮提供了有效的火力支援，以火力破壞敵方防御工事，壓制對方炮兵，共發射1.5萬余枚炮彈。
蘇軍突破德軍對列寧格勒的封鎖具有重要的意義。從這時起，列寧格勒方向的作戰主動權轉到蘇軍手中。德軍和芬蘭軍隊在拉多加湖以東會合的威脅已經解除。突破封鎖和恢復通向列寧格勒的鐵路、公路交通以后，軍民的糧食和武器彈藥供應明顯好轉。列寧格勒的工業得到了開工生產所必需的原料和燃料。從2月起，市內發電量和工廠武器產量都明顯增長。
此后，蘇軍西北方面軍所屬各部隊，在不同的時間發起進攻。對德軍杰米揚斯克集團的進攻由此開始。蘇軍主要突擊集團此時尚未完成戰役準備，2月下旬才發起進攻。這時，德軍已用退下來的杰米揚斯克集團的部隊加強了突出部的底部。2月21日，德軍開始把部隊撤離杰米揚斯克突出部。蘇軍追擊后退德軍，遭到有計劃的抵抗。隨著德軍向洛瓦特河對岸撤退，其防守達17個月之久的所謂杰米揚斯克登陸場便不復存在。
1943年春季，在從芬蘭灣至亞速海的廣闊戰場上，戰事停頓下來，蘇軍暫時轉入防御，但仍保持著主動權。
蘇軍在包括斯大林格勒反攻戰役在內的1942年11月至1943年3月底的冬季戰局中，取得了重大勝利。德軍被殲滅100多個師，占其對蘇作戰全部兵力40％以上。德軍共損失火炮2.4萬門，坦克3500余輛、飛機4300架。
蘇軍將德軍向西驅趕600至700千米，解放了德軍1942年夏季侵占的全部地區。蘇軍的反攻大大改善了戰略戰役態勢，為然后展開廣泛的進攻戰役創造了有利局面。