7月4日22时30分，苏第6近卫集团军首先实施炮击，以阻止德军消灭苏军警戒分队。当苏联炮弹突然凶猛袭来的时刻，德军终于明白：进攻企图已经暴露。
7月5日晨，苏军又进行了第二次持续时间30分钟的轰击：先对德军出发阵地实施5分钟急袭射击，接着是对炮兵阵地的15分钟等速直瞄射，最后对坦克可能的集结地炮火急袭10分钟。按照惯例，炮击的开始和结束都伴随着火箭炮齐射。
库尔斯克前线的德军炮兵阵地
轰击中的红军重炮
5日凌晨3时，第7近卫集团军也加入进来，以火炮迫击炮696门，火箭炮47门猛轰德军坦克和步兵集结地，在30分钟内消耗了半个基数的弹药。
猛烈炮火犹如疾风暴雨，炸点布满了德军第4装甲集团军和“肯普夫”战役集群的防线。由于德军此前的战术行动，暴露了不少重要目标，结果招来了相当损失：德第19装甲师在北顿涅茨河为第503营的“虎”式坦克架设的桥梁遭到严重破坏；党卫军第2“帝国”装甲步兵师在集结地陷入苏军炮火；德军的指挥通讯也遭到了损失。直到3时20分左右，也就是苏军最后一次10分钟急袭射击前，德军才开始以炮火反击。
7月4—5日凌晨，突出部北方的德军也暴露了他们的企图。在这里作战的莫德尔将军麾下第9集团军，虽然没有像曼施坦因那样采取进攻行动，但也派出工兵清除雷场。由于苏军警戒森严，并有火力掩护，德国人直到7月5日早晨也未能完成任务。而在挖地雷的过程中，德军第6步兵师的一个工兵却被红军第13集团军米列什尼科中尉指挥的侦察兵俘获。这个俘虏随后向苏联人提供了一个重要的信息：德军已经进入出发阵地，并将在7月5日凌晨3时发动进攻。这个战俘并没有说谎。
凌晨2时，第13集团军向朱可夫和罗科索夫斯基报告了上述情况。朱可夫此时已得知友邻沃罗涅日方面军的炮火准备计划，决心采取同样的行动。他随后用电话向斯大林汇报了情况。即使通过话筒，朱可夫依然感到了苏联领袖紧张的情绪。而苏军前线将领面对即将到来的德军进攻，也同样处于极度激动和不安之中。
5日凌晨2时20分，红军中央方面军第13集团军开始炮击，此时距德军炮火准备仅有10分钟。片刻之间，方才还沉寂的大地震动起来！一个苏军师长后来描述道：“炮轰越来越凶猛！西部一片昏暗，爆炸的火光划破浓密的灰黑色的烟尘，犹如一座不祥的黑墙升向天空。不朽的但丁尽管有惊人的想象力，也未必能在他的《神曲》中这样来描写地狱：“我走到一个离指挥所100米远的炮兵连。由于谁也听不到讲话的声音，人们只得打手势比画。大家都把嘴张开，否则会把鼓膜震破。肌肉发达的士兵身体晒得黑黑的（他们热得脱掉军便服和衬衣），浑身汗水在火炮映照下闪闪发光。发射速度达到了极限。”(www.xing528.com)
俯冲中的“斯图卡”。虽然有些过时，但这种飞机1943年依然在东线大量服役
实施炮击的第13集团军战线长32公里，当面是德第9集团军所属第41、47装甲军。炮击部队除了加强炮兵（包括第4突破炮兵军）外，还有第1梯队各步兵师炮兵，总计967门火炮迫击炮，100门Bm-13火箭炮。和沃罗涅日方面军所不同的是，中央方面军的炮击重点不是德军的坦克与步兵集结地，而是炮兵阵地。在选定的197个炮击目标中，104个是火炮迫击炮连阵地，59个是观察所，只有34个是德军坦克和步兵的集中地。这主要因为莫德尔的部队没有显著行动，使苏方难以估计其集结地点，无法对具体目标实施精确打击，只能对大致的方向实施效率低下的面积射。
第13集团军轰击持续时间也是30分钟，其间消耗了0.25个弹药基数。据称压制住了德军90个炮兵连，60个观察所，炸毁了6座弹药库。直到苏军炮击2个小时后，德方才开始以部分炮火还击。
苏军在库尔斯克南北两个方向的炮火反准备，一共投入了2460门火炮、迫击炮、火箭炮（为了不暴露阵地，反坦克炮基本没有参与炮击）。同时，南线苏军的第2、17空军集团军，也出动了132架强击机，285架战斗机，袭击了7～8个德国机场。但德第8航空军事先注意到了苏空军部队之间通信联络突然增多，随后雷达又发现了苏联机群。由于得到及时预警，德军出动第3、52战斗航空联队加以拦截。对这次袭击的结果，双方的说法都很夸张：苏联宣布摧毁了60架德国飞机，德国则宣称击落了120架苏联飞机。值得注意的是，配合红军中央方面军的第16空军集团军行动并不积极。
对于火力反准备的效果，朱可夫在回忆录中有过如下评估：当苏军实施炮击时，德军步兵还待在掩体、掩蔽部和深沟里，坦克也隐蔽在待机地域，如果苏联人能够晚30～60分钟再射击，效果会更好。朱可夫的观点的确有合理成分。但也必须考虑到，延后射击，就必须冒着德军首先实施火力准备的风险。
总体来看，虽然苏联人的炮击未必给德军的有生力量和装备造成多么严重的损失，但确实令他们阵脚大乱。中央集团军群的进攻时间为此被迫推迟了两个半小时，而南方集团军群推迟了3个小时。也正是这次炮击，拉开了库尔斯克会战的序幕。
在炮声轰鸣的1943年7月5日凌晨2时30分，斯大林给朱可夫打来了电话：“开始了吗？”“开始了。”
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