对垒双方都深谙空中支援之道，为此都投下了血本。德国空军集结了2000余架飞机，占苏德战场的70％。其中13个大队专门从本土和法国、挪威调来，这当中不乏能征善战的精锐之师，包括曾击落近千架敌机的第3战斗联队、第52战斗联队，以及俯冲轰炸航空兵主力——曾在波兰参与维卢尼大屠杀、在海上击沉苏联“玛拉塔”号战列舰的第2俯冲轰炸联队。苏军的投入也并不逊色，他们投入了中央方面军空军第16集团军、沃罗涅日方面军空军第2集团军、西南方面军空军第17集团军和远程航空兵主力兵团，共有飞机3100架，兵力数量远远优于德军。苏军的主力战斗机是雅克-3、雅克-9和拉-5，性能与德国最新型的Me-109G和FW-190A大体相当，特别是拉-5H型属最新改进型，首次投入战场。该型飞机发动机1850马力，比一般战斗机高出80马力，机动性好，坚固耐用。
苏军在库尔斯克一带共集结了130万名士兵、超过2万门的火炮和3500辆坦克，它们分属北边洛克索夫斯基指挥的中央方面军以及南边瓦图丁指挥的佛洛尼兹方面军。另外它的北面有帕波夫指挥的白扬斯克方面军，南边是马林诺夫斯基的西南方面军。其后的预备队则是可涅夫指挥的斯帝普方面军。这些兵力合在一起，总数超过200万，坦克更多达5000辆。
苏军把这项行动取名为“库图佐夫作战”。苏军在德军可能进攻的方向，以层层的地雷、铁丝网、碉堡及战壕构成一个巨大的防御阵地。据估计，平均每公里正面埋下了1500枚以上的反坦克地雷以及无数的人员杀伤雷。其密度是莫斯科防御战的6倍，斯大林格勒会战的4倍。
与此同时，苏军一道道的壕沟及反坦克阵地也布满了库尔斯克地区。光是中央方面军即挖了大约54公里的战壕。每个阵地有3~5门重型反坦克炮、2~5门迫击炮，并有交通壕互相连结。苏军将许多反坦克炮放在改装的农舍中，前线的坦克也开进坦克壕中，仅露出炮塔射击。这种阵地战准备的规模之大，也是历次战争中罕见的。
为了防御德国空军的攻击，苏军在库尔斯克突出部内集结了9个防炮师、40个防空团、17个防空营，甚至还有10列防空装甲列车。
在苏军做好了充分准备的同时，德军至1943年7月初也已完成所有的攻势准备：担任北面夹击任务的是克鲁格指挥的中央集团军，下辖第2装甲军团及第9军团，担任主攻的第9军团由摩德尔指挥，辖有6个装甲师、1个机械化师及十多个步兵师。大约有960辆坦克、2400门火炮，第2装甲军团则防守奥廖尔突出部以掩护第9军的侧翼。