德军在苏军中央方面军地带内向3个方向实施了突击：向奥利霍瓦特卡实施主要突击，向小阿尔汉格尔斯克和格尼列茨实施辅助突击。
德军第9集团军在奥利霍瓦特卡主突方向上，将300多辆坦克同时投入战斗，大批轰炸机轮番轰炸，为坦克开路。苏军航空兵和炮兵对德军坦克实施了猛烈突击。德军步兵也遭到防御部队猛烈射击。7月5日日终，主突方向的德军在付出重大代价后，楔入苏军第13集团军防御纵深6至8公里。
苏军中央方面军判明德军主突方向后，于6日以第13集团军的近卫第17军和第2坦克集团军的第16坦克军向北，以第19坦克军从萨莫杜罗夫卡向东北，分别对德军主要集团实施反突击，阻止了德军的进攻。随后几天，德军向波内里增调兵力，但通过这一方向向库尔斯克突破的企图也未成功。
7月9日，德军中央集团军群被迫把突击集团全部兵力投入战斗。至7月11日，德军在付出重大代价后只前进9~12公里，未能突破苏军防御的战术地幅，被迫转入防御。苏军在奥廖尔方向转入反攻的时机已经成熟。