直到激戰(zhàn)一個(gè)半小時(shí)后，德軍才開始以絕對(duì)裝甲優(yōu)勢(shì)沖破紅軍的防御。在進(jìn)攻德軍右翼，第20裝甲師（73輛可動(dòng)坦克，30門自行火炮）和第6步兵師（加強(qiáng)有第505“虎”式重型坦克營(yíng)），分別從西面和東面，以上百輛坦克的密集隊(duì)形沖擊蘇第15步兵師防線。上午9點(diǎn)，第20裝甲師終于取得了突破，得以向前推進(jìn)了5公里。該師為此付出了沉重代價(jià)，可動(dòng)坦克數(shù)從73輛減少到了第二天的50輛。德第6步兵師也在20-30輛“虎”的配合下攻入蘇軍陣地。由于2個(gè)德國(guó)師在兩翼的突破，蘇第15步兵師面臨被包圍的威脅。5日下午，第15步兵師被迫撤退，結(jié)果在德軍的追擊下受到很大損失，其第676團(tuán)一度被包圍，經(jīng)苦戰(zhàn)后突圍。

蘇第15步兵師撤退的同時(shí)，位于其左翼的第70集團(tuán)軍第132步兵師側(cè)翼暴露，也被迫后撤。當(dāng)面德軍第7、31步兵師趁機(jī)滲入第70集團(tuán)軍右翼4-5公里。

在進(jìn)攻德軍左翼，德第292、86步兵師，以第653、654營(yíng)80多輛“菲迪南德”為前導(dǎo)，不斷沖擊紅軍第81步兵師陣地。盡管“菲迪南德”在紅軍雷場(chǎng)中舉步維艱，但還是憑借200毫米的厚實(shí)裝甲和超長(zhǎng)88炮向前緩慢推進(jìn)。尤其是在紅軍第81步兵師右翼，德第86步兵師在第18裝甲師的1個(gè)團(tuán)、“菲迪南”和第216突擊坦克營(yíng)“灰熊”的支援下，沿鐵道撲向波內(nèi)里。值得一提的是，德軍第86步兵師師長(zhǎng)魏德林中將不到兩年后擔(dān)任了最后一任柏林衛(wèi)戍司令，成為第三帝國(guó)滅亡的直接見證者。

但在1943年7月5日，魏德林卻還在蘇聯(lián)國(guó)土內(nèi)的庫(kù)爾斯克突出部，并指揮部隊(duì)逼近波內(nèi)里。為了阻止魏德林，紅軍第13集團(tuán)軍司令普霍夫向第81師增援了第129坦克旅（65輛坦克）和第1442自行火炮團(tuán)（16輛）。另外，他把第74步兵師派往德軍第86步兵師東側(cè)，準(zhǔn)備以該師和第27近衛(wèi)坦克團(tuán)（21輛KV）切斷沖入蘇軍陣地的德軍側(cè)翼。中央方面軍司令部也把第1、13反坦克旅，和第21迫擊炮旅，總計(jì)10個(gè)炮兵團(tuán)增援給第13集團(tuán)軍。

在新增坦克部隊(duì)配合下，紅軍第81師當(dāng)天擊退了德軍的4次進(jìn)攻。9時(shí)30分，蘇聯(lián)飛機(jī)也終于姍姍來(lái)遲的出現(xiàn)在戰(zhàn)場(chǎng)上。第6殲擊航空兵軍和第1近衛(wèi)殲擊航空兵師的戰(zhàn)斗機(jī)開始攔截德國(guó)轟炸機(jī)群，近衛(wèi)第53強(qiáng)擊航空兵團(tuán)也以6-8機(jī)編隊(duì)攻擊德國(guó)坦克，并首次使用了公斤的空心裝藥炸彈（據(jù)稱可以擊穿60毫米裝甲）。1架伊爾-2能夠攜帶144枚這樣的炸彈，1個(gè)大隊(duì)可以形成150x150米范圍的稠密殺傷區(qū)。在方面軍司令羅科索夫斯基的命令下，共有350架飛機(jī)（200架戰(zhàn)斗機(jī)，150架轟炸機(jī)）飛赴第13集團(tuán)軍上空支援。德第6步兵師師長(zhǎng)驚呼：“俄國(guó)人使用的飛機(jī)數(shù)量在東部戰(zhàn)場(chǎng)前所未見！”

但在庫(kù)爾斯克北部空域，德國(guó)人依然掌握著制空權(quán)。德軍第1航空師當(dāng)天出動(dòng)了2088個(gè)架次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)蘇聯(lián)空軍第16集團(tuán)軍的1232架次。而且因?yàn)樘K聯(lián)預(yù)警工作太差，飛行員又迷戀于和德國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)纏斗，以至于德國(guó)轟炸機(jī)可以輕易闖入紅軍陣地實(shí)施轟炸，造成了巨大損失。

在地面戰(zhàn)斗中，蘇聯(lián)的T-34也根本無(wú)力對(duì)抗“菲迪南德”，對(duì)方卻可以在3000米以上距離輕易摧毀蘇聯(lián)坦克。面對(duì)這種幾乎無(wú)法擊穿的鋼鐵怪物，蘇聯(lián)人受到了很大刺激，以至于一度把所有的德國(guó)自行火炮都當(dāng)成“菲迪南德”：恰如會(huì)把四號(hào)坦克當(dāng)成“虎”一樣。由于眾寡懸殊，紅軍第81師終于在德軍第5次攻擊下向后退卻。

截至5日日終，德第9集團(tuán)軍在蘇第13和70集團(tuán)軍之間15公里正面取得突破，并在第13集團(tuán)軍防線內(nèi)推進(jìn)了6-8公里，逼近奧利霍瓦特卡以北15公里處的蘇軍第二防御地帶。為此德國(guó)人付出了沉重的代價(jià)。根據(jù)莫德爾上報(bào)的不完全統(tǒng)計(jì)，第9集團(tuán)軍當(dāng)天戰(zhàn)斗傷亡達(dá)7223人，相當(dāng)他全部“戰(zhàn)斗力量”的1/10。對(duì)莫德爾來(lái)說(shuō)，以如此巨大的損失所換取來(lái)的勝利并不顯著。

2、突出部南部攻勢(shì)

當(dāng)莫德爾攻打庫(kù)爾斯克北部的同時(shí)，曼施坦因也在突出部南面發(fā)起了進(jìn)攻。