布良斯克方面军在诺沃西利以西地区发起进攻之前，进行了比博尔霍夫方向更加强大的航空火力准备。远程航空兵和空军第１５集团军的轰炸机于７月１１日夜出动了６００多架次，对德军主要防御地带的目标投下了约５５０吨炸弹。１２日晨，强击航空兵第３军以大编队向德军发起猛攻，消灭和压制突破地段上的敌火起和部队。在部队发起冲击前５分钟，８９架轰炸机又对德军一些重要的抵抗枢纽部和炮兵阵地投下了５００枚爆破弹和３０００多枚杀伤弹。
轰炸机、强击机和炮兵的集中突击，打得德军士气沮丧，无法进行有效的抵抗，苏军顺利地向前推进。强击机不停地消灭德军残存的发射点和抵抗枢纽部。苏军地面部队在航空兵的支援下步步紧逼敌人，到７月１６日已前进到奥列什尼亚河。
７月１９日，德军调来大批航空兵对付苏军坦克部队，德轰炸机以８-３５机编队在战斗机掩护下企图阻止苏军进攻。于是激烈的空战打响了，严阵以待的苏军歼击机在空战中击落德机２３架，迫使德大部分轰炸机掉头回窜。８月４日拂晓，苏军突入奥廖尔城，８月５日晨将城内德军全部肃清。
西方面军和布良斯克方面军的进攻作战，迫使德军不得不把部分兵力从奥廖尔突出部正南面调来增援。中央方面军乘此机会于７月１５日转入反攻，３天内就恢复了７月５日前的态势，到８月６日即解放了克罗梅城。空军第１６集团军给了地面部队有力的支援，每天出动飞机１０００多架次，致使德军的有生力量和技术兵器遭到严重损失。
博尔霍夫、奥廖尔、克罗梅城解放后，苏军开始追击被击溃的德军残部。这时，统帅部命令空军第１５、１６集团军和远程航空兵派主要兵力去消灭撤退之敌。根据空中侦察机的召唤，强击机和轰炸机对克罗梅-卡拉切夫公路上的敌汽车纵队和奥廖尔-霍蒂涅茨-卡拉切夫-布良斯克铁路干线实施了突击。歼击机也不时地对这些目标进行攻击，而夜间则由前线航空兵和远程航空兵出动袭击。航空兵从８月６日至１０日共消灭德军６０列列车和许多坦克及其车。
到８月１８日，奥廖尔方向的战役业已结束。为了顺利实施"库图佐夫"作战计划，苏军前线航空兵和远程航空兵在３６昼夜内共出动飞机６０９９５架次，向德军目标投下了１５０００吨炸弹，击毁德机１４００余架。在完全掌握了制空权的条件下，苏军共消灭德军２１个师，奥廖尔突出部被夺回。
礼 炮 齐 鸣
在别尔哥罗德-哈尔科夫方向上的反攻，计划由沃罗涅日方面军、草原方面军和西南方面军和第５７集团军对德军防御的全纵深进行割裂突击，然后分别围而歼之。
在这一线活动的德国空军是第４航空队，此外还有匈牙利第２航空兵军。苏联航空兵集群编成内有沃罗涅日方面军空军第２集团军、草原方面军空军第５集团军和远程航空兵部分兵力。两个空军集团军也得到了最高统帅部预备队航空兵的加强，在数量上约超过德军航空兵１倍。８月３日，沃罗涅日方面军和草原方面军转入反攻。反攻前夜，远程航空兵飞机在突破地段实施了突击。翌日晨，在部队发起冲击前两小时，空军第２集团军的轰炸机和强击机在歼击机掩护下对突破地段上的敌支撑点进行了压制。在部队发起冲击前，两个空军集团军又有２００多架飞机对主要防御地带内的目标实施了集中突击。
在苏军航空兵和炮兵的有效打击下，德军支撑点的火器有的被击毁，有的被压制，所以在进攻的头３０分钟内，德军基本上没有进行什么抵抗。个别炮兵曾企图开炮轰击，但很快就被战场上空的苏军强击机所发现并消灭。沃罗涅日方面军当日上午即占领了德军主要防御地带。
德军随即把大量航空兵投入被突破地段，意欲阻止苏军的进攻。其轰炸机主要以小编队活动，重点突击苏军进攻的步兵和坦克。但每次袭击都遇上了苏军歼击机的猛烈攻击，均被轻易地击退了。在掌握了制空权的苏军航空兵的积极协助下，沃罗涅日方面军的坦克集团军很快突破了德军防御的战术地幅，到８月３日夜已向前推进了２６公里。草原方面军部队也楔入敌防线７-９公里。
反攻第１天，苏军前线航空兵出动２６７０架次，他们的行动受到地面部队的高度评价。步兵第４８军军长发来电报说：“地面部队所以能够迅速向前推进，是由于强击机飞行员直接有组织的协同和密集突击。"
沃罗涅日方面军和草原方面军部队突破德军防御后，迅速扩大战果。８月５日，草原方面军部队解放了别尔哥罗德，并向哈尔科夫防线外围逼近。到８月１１日，沃罗涅日方面军将德军别尔哥罗德-哈尔科夫集团分割成两部，并切断了哈尔科夫-波尔塔瓦铁路。
德军急忙把预备队从其他地段调往哈尔科夫和阿赫蒂尔卡地区，企图以两个重兵集团对苏军沃罗涅日方面军翼侧进行强大的反突击。这一调动被苏军空中侦察机及时发现。苏军采取了果断的措施，调来前线航空兵和远程航空兵的大量兵力，破坏铁路和公路运输，消灭德军预备队。西南方面军空军第８集团军首先投入对德军预备队的战斗，其轰炸机和强击机向调往哈尔科夫地区的敌坦克兵团和摩托化兵团发起猛烈攻击。尔后，随着敌预备队的推进，空军第１７、第５和第２集团军的轰炸机和强击机也先后投入这场战斗。它们成功地袭击了沿线许多铁路车站，消灭了行进途中的许多军列和汽车纵队。由于苏联航空兵的突击，前来实施反突击的德军遭到重大损失。
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