На центральном участке обороны 4-й танковой армии русские нанесли вспомогательный удар, который пришелся по позициям 332-й пехотной дивизии. К концу дня этот участок фронта также начал разваливаться. 4 августа два советских танковых корпуса перешли в наступление в южном направлении. Удар пришелся в стык между остатками 167-й пехотной дивизии и 6-й танковой дивизией, которая тщетно пыталась прикрыть открывшуюся в линии фронта брешь. В течение дня советские войска пробили 10-километровую брешь между 4-й танковой армией и армейской группой «Кемпф» и заставили немцев на восточном участке отойти к окрестностям Белгорода.
Наиболее вероятной задачей советского наступления на северном фланге группы армий «Юг», по прогнозам немецкой стороны на лето 1943 г., было освобождение Харькова и прорыв к реке Днепр (см. карту 14). 21 июля Э. Манштейн призвал ОКХ принять окончательное решение о том, стоит ли удерживать рубеж на реке Северский Донец, что требовало отвлечения дополнительных сил, или необходимо готовиться к постепенному отходу на Днепр, что позволит собрать достаточное количество войск для предотвращения прорыва русских на северном участке. Ничего так и не было сделано. В конце месяца в составе группы армий «Юг» было 822 тыс. солдат и офицеров, которым противостояли 1713 тыс. русских. Группа армий имела 1161 танк, из которых примерно половина была исправной. У русских было 2872 танка.
Против немецких 4-й танковой армии и группы «Кемпф» действовали советские Воронежский и Степной фронты, усиленные резервными армиями, которые Ставка подготовила для противодействия операции «Цитадель». За последние две недели июля Степной фронт под командованием И.С. Конева сместился на левый фланг Воронежского фронта Н.Ф. Ватутина восточнее и южнее Белгорода. В его состав были переданы две армии, занимавшие позиции на этом участке и еще две армии из резерва Ставки. Замыслом советского командования предусматривалось нанесение стремительного удара силами четырех армий, 5-й и 6-й гвардейских, 5-й гвардейской танковой и 1-й танковой армии в юго-западном направлении, между Ахтыркой и Харьковом на Полтаву. В то время как Воронежский фронт наносил рассекающий удар в стык между немецкой 4-й танковой армией и группой «Кемпф», оттесняя 4-ю армию в сторону Ахтырки, Степной фронт И.С. Конева должен был наступать на Харьков с севера. Развернутая на правом фланге Юго-Западного фронта 57-я армия должна была продвигаться к Харькову с востока[120].
1 августа Э. Манштейн проинформировал командование ОКХ, что он считает советское наступление на Харьков неизбежным следующим шагом советского командования. Тем не менее, когда через два дня наступление русских началось, оно явилось для немецкой стороны неожиданностью и застигло 4-ю танковую армию и армейскую группу «Кемпф» на исходных позициях, которые они занимали перед началом операции «Цитадель». После операции «Цитадель» Э. Манштейн сделал вывод, что наступление группы армий «Юг» достаточно расстроило боевые порядки русских для того, чтобы обеспечить несколько недель передышки перед началом их контрнаступления. 2 августа, считая, что у него еще есть время, генерал-фельдмаршал решил «дождаться более очевидных признаков подготовки русского наступления», прежде чем начать отвод своих войск на оборонительные позиции.
5 августа советские войска вошли в Белгород. В тот же день на участке группы армий «Центр» войска Брянского фронта заняли Орел. В ознаменование двойной победы И.В. Сталин приказал устроить артиллерийский салют из двенадцати залпов 120 орудий. Салют был дан впервые за все время войны, и поэтому некоторые жители Москвы, решив, что начался авиационный налет, спрятались в подвалах. В последующие месяцы (и годы) победная артиллерийская канонада станет обычным явлением в советской столице. В качестве дополнительной награды соединения, которые первыми вошли в Белгород и Орел, были удостоены чести включить в свои названия имена освобожденных городов. В отданном в тот день приказе И.В. Сталин отметил: «Таким образом, немецкий миф о том, что советские войска якобы не способны вести успешное наступление в летний период, развеян». В этом возгласе облегчения и ликования И.В. Сталин публично заявил о том, что советское правительство с оптимизмом смотрит на дальнейший ход войны. Он решился объявить всему миру о том, что советские войска начали летнее наступление по всему фронту.