苏空军参谋长胡佳科夫将军７月８日向空军司令员报告说：“前些时候通过的关于把我航空兵战术改为集中使用大编队活动的决定是完全正确的。沃罗涅日方面军首长认为航空兵作战较前更加有效。"
通过前５天的紧张战斗，苏军部队在空军的积极支援下使德军遭到了巨大损失，尤其是大量的坦克被摧毁。到７月１０日，德军在战场这一地段上的进攻被阻止，企图通过奥博扬向库尔斯克突进的计划被粉碎了。但是希特勒对此不甘罢休，他进行了重新部署，将坦克师、机械化师和航空兵的主力调到了普罗霍罗夫卡方向，目的是想从东南方向迂回库尔斯克。
在得知德军转变了突击方向后，沃罗涅日方面军决定先以顽强的防御疲惫德军，然后再施行猛烈的反突击，以彻底歼灭在普罗霍罗夫卡方向上进攻的敌军集团。反突击的时间定在７月１２日早晨。
７月１１日，苏军远程航空兵和空军第２和第１７集团军的轰炸机，在对战场上的德军部队进行突击的同时，对德军车站上的军运列车进行了轰炸，还击溃了沿公路和土路行进的德军纵队，目的是阻止德军预备队开进交战地区。
７月１２日苏军反突击开始之前１小时，空军第２集团军进行了４０分钟的航空火力准备。他们共出动了２００多架飞机，对德军集结的坦克和发射阵地上的火炮实施了突击。在普罗霍罗夫卡地区，苏军的反突击坦克部队与德军在冲击中的坦克集群遭遇，于是形成了苏德战争开始以来最大规模的坦克大会战，双方参战的坦克约１５００辆，大量的飞机为之支援，因而在空中也展开了激烈的战斗。由于苏军地面部队和航空兵的配合作战，大量涌来的德军坦克被阻住了。德军损失了３５０多辆坦克和１万多官兵，企图突入库尔斯克的最后努力又告失败。
至７月２３日，沃罗涅日方面军的部队完全恢复了７月５日前所处的态势。在别尔哥罗德-库尔斯克方向防御战役期间，苏军航空兵共出动飞机１９２６３架次，击落德机８９９架。
这样，苏军继奥廖尔-库尔斯克方向的防御战役于７月１１日结束后，别尔哥罗德-库尔斯克方向的防御战役于７月２３日也胜利结束。苏联军队在航空兵积极支援下，几天之内就把德军打得落花流水，希特勒攻占库尔斯克的"堡垒"计划遭到彻底破产。
实现"库图佐夫"作战计划
苏军在库尔斯克防御战役取得胜利后，遂决定立即对德军奥廖尔集团和别尔哥罗德-哈尔科夫集团进行反攻，并消灭这两个集团，夺回被它们占领的突出部，为尔后的总攻创造有利条件。
在奥廖尔-库尔斯克方向上的反攻，计划由西方面军、布良斯克方面军和中央方面军在４个地段上同时突破德军的防御，割裂奥廖尔德军集团，然后各个歼灭。这个反攻计划早在５月时就已拟好，代号定为"库图佐夫"。
在奥廖尔一线活动的德国空军仍然是第６航空队。苏联航空兵集群的编成内有西南方面军空军第１集团军、布良斯克方面军空军第１５集团军和中央方面军空军第１６集团军。各空军集团军都得到了最高统帅部预备队航空兵的加强，几乎拥有３倍于德国航空兵的优势。
为了实现"库图佐夫"作战计划，这一方向上的苏军航空兵受领了下列任务：保持制空权并且可靠地掩护军队突击集团；支援陆军突破敌军防御；阻挡敌军进驻中间防线；阻挠敌预备队机动；破坏敌军指挥。
７月１２日，奥廖尔方向上的反攻开始了。在西方面军近卫第１１集团军突破地段上，空军第１集团军以７０架佩－２型轰炸机和４８架强击机，在地面部队发起冲击前１５分钟对敌炮兵和支撑点进行了突击。远程航空兵和夜间轰炸航空兵第２１３师也对这些目标彻夜进行了突击，共出动３６２架次，向敌人投下了２１０吨炸弹。在布良斯克方面军第６１集团军的突破地段上，远程航空兵和夜间轰炸航空兵第３１３师在夜间进行了航空火力准备，压制德军的火炮和迫击炮，摧毁敌抵抗枢纽部，并突击了敌集中地域的部队。拂晓，各方面军突击集团在航空兵支援和强击机施放的烟幕掩护下转入反攻。强击机以１０-１２机编队在歼击机的掩护下不断地开赴战场上空，压制敌炮火发射点，消灭敌坦克和有生力量。
发起进攻１小时后，战场上空开始出现德军轰炸机群，企图对苏军部队实施突击，早在空中和机场待战的近卫歼击航空兵第１军的歼击机立刻迎击。它们以猛烈的攻击将德轰炸机队形打乱，使其无法对苏军部队进行瞄准轰炸。
这一天，苏军航空兵共出动飞机２１７４架次，空战７２次，消灭德机８６架，自己损失５９架。与苏军飞行员共同作战的还有法国"诺曼底"航空兵中队的战斗机。法国志愿人员于１９４３年５月到达前线后，编入了空军第１集团军，他们在同德机的格斗中表现出了高超的技能和勇敢的精神。到１９４３年７月底，法国飞行员击落了３０架敌机。
在８天之内，西方面军部队推进了７０公里，布良斯克方面军部队推进了２０公里，为合围博尔霍夫集团创造了有利条件。德军为了守住博尔霍夫，增调来１０个师的兵力，发起广强大的反冲击。苏军空军第１和第１５集团军的兵力几乎全部被调去对德军反冲击部队实施全力突击。仅７月２５日一天，空军第１集团军的飞行员就消灭德军大约２５辆坦克、１５０辆汽车、５个炮兵连和大量步兵。到７月２９日，博尔霍夫的德军集团完全被粉碎。
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