7月16日，德军企图扼守奥廖尔突出部，从苏德战场其他地区紧急调来7个师(包括3个坦克师)。德军实施了猛烈反突击，力图阻止苏军前进。当日，苏、德军航空兵展开大规模空战。
7月17日，苏德两军空战达到白热化，德国空军完全被苏、法军航空兵“清除”出奥廖尔作战空域。
7月19日，苏军近卫坦克第3集团军从布良斯克方面军地带内奥廖尔方向投入进攻行动。苏军1000多辆坦克和自行火炮猛烈突进，第12坦克军迅猛突入到敌后。
7月20日，苏军第11集团军投入进攻行动。苏军夺回德军占领的重镇姆岑斯克，守军大部分被歼。
7月21日，德军第8、第2装甲师顽强狙击，使苏军近卫第3坦克集团军损失约70%的中轻型坦克。当日，苏军兵力已达84步兵师、14个坦克军、12个炮兵师和大量独立坦克部队;而德军第9集团军的每个师人数都减少了一半以上。
德军撤退，苏军追击
(1943年7月22日～7月31日)
7月22日，苏军各攻击方向的猛烈程度达到了高潮。德军开始撤退。苏军随即展开追击行动。苏联游击队开始对德军撤退的铁路交通线实施集中突击。
7月25日，意大利墨索里尼下台，希特勒决定调第2党卫装甲军支援意大利战局。
7月26日，苏军坦克第4集团军加入交战。该集团军与近卫第11集团军向南挺进，迫使德军守卫部队西撤。
7月29日，苏军第61集团军在近卫第11集团军、坦克第4集团军配合下，解放了博尔霍夫市，彻底粉碎了德军博尔霍夫集团。
7月31日，德军向布良斯克方向的“哈根”防线撤退。
苏军破城，德军溃败
(1943年8月1日～8月18日)
8月1日，德军2万名伤员撤出奥廖尔。当日德军开始实施“焦土”政策———焚毁了所有的农作物，强迫25万苏联居民携着牲畜随德军撤退。7月22日至当日，苏联游击队已炸毁了7500根铁轨，多次炸毁德军运输列车。
8月2日，负责殿后的德军不断组织反冲锋，德军第505装甲营的第3连以损失1辆坦克的代价在2天内摧毁苏军29辆T-34坦克。
