Marszałek Żukow przygotował jednak Niemcom „niespodziankę”: „O godzinie 2.20 wydałem rozkaz kontrprzygotowania. Wszystko dookoła jakby zawirowało i rozległ się ogłuszający grzmot – rozpoczęła się gigantyczna bitwa w rejonie łuku kurskiego. Słyszeliśmy i odczuwaliśmy ogień i mimo woli w naszej wyobraźni powstał obraz położenia nieprzyjaciela na postawach wyjściowych, które niespodziewanie znalazły się pod huraganowym ogniem”.
Równocześnie sowieckie lotnictwo zaatakowało niemieckie lotniska polowe. Uprzedzone o nadlatujących samolotach eskadry myśliwskie Luftwaffe zdołały poderwać maszyny. W bitwie powietrznej, która rozegrała się nad lotniskami VIII Korpusu Lotniczego, Rosjanie stracili 120 samolotów. W sumie 5 lipca lotnictwo sowieckie straciło 432 samoloty, natomiast Luftwaffe tylko 26 maszyn.
Ze względu na straty w oddziałach pierwszorzutowych ofensywa rozpoczęła się z opóźnieniem. Mimo to na odcinku XLVIII Korpusu Pancernego gen. von Knobelsdorfa 3. DPanc. gen. Westhovena, 11. DPanc. gen. Mickla oraz Dywizja Grenadierów Pancernych „Grossdeutschland” gen. Hoernleina już o godz. 7 przebiły się przez pierwszą linię sowieckiej obrony. Posuwające się w kierunku drugiej linii niemieckie czołgi ugrzęzły w błocie. Natarcie zostało przerwane. Dopiero po 12 godzinach udało się wyciągnąć czołgi z grząskiej pułapki. W pierwszym dniu bitwy korpus wbił się na głębokość 10 km w sowieckie linie. Na tym odcinku skierowano do akcji dwa bataliony czołgów z 10. Brygady Pancernej, które miały na wyposażeniu 200 panter. Okazało się jednak, że w wyniku usterek technicznych większość z nich nawet nie dotarła do pozycji sowieckich. Wieczorem 5 lipca zaledwie 40 panter było zdolnych do walki. Przez noc zdołano jeszcze zreperować ponad 100 nowych czołgów, w których takie nadzieje pokładał Hitler.
Na południe od XLVIII Korpusu Pancernego nacierał II Korpus Pancerny SS gen. Haussera. O godz. 3 po przygotowaniu artyleryjskim i ataku 88 stukasów Dywizje Grenadierów Pancernych SS: „Leibstandarte Adolf Hitler”, „Das Reich” i „Totenkopf” zaatakowały sowieckie pozycje pod Beresowem. Niemiecki korespondent wojenny Martin Schwaebe pisał: „Nastał świt 5 lipca 1943 r.
Przez dwie godziny pionierzy szturmowali linię okopów, oczyszczając ją z wrogów. Zajęli sowieckie wysunięte placówki przez zaskoczenie, kiedy było jeszcze całkiem ciemno. Teraz był czas na grenadierów pancernych. Sowieckie bunkry, pozycje obronne i rowy przeciwczołgowe sięgały 30 km w głąb. To musiało być opanowane! Do wieczora bunkry ostatniej linii obrony musiały być zdobyte. III Batalion 3. Pułku Grenadierów SS „Deutschland” nacierał na głównej osi, jego zadaniem było opanować miasto oraz przełamać główną linię obrony przeciwpancernej. (...) Nagle rozpętało się piekło. Znaleźliśmy się w środku sowieckiego ognia zaporowego! Nasz atak ugrzązł 400 metrów przed rowami przeciwczołgowymi. Tygrysy i samobieżne działa nie mogły przyjść z pomocą grenadierom, gdyż opady deszczu z poprzedniej nocy utworzyły ogromne grzęzawiska uniemożliwiające poruszanie się ciężkich czołgów”.
