Однако на востоке наступление Брянского фронта оказалось гораздо менее успешным. Обороняющиеся части немецкой армии, усиленные противотанковыми подразделениями из резерва корпуса, смогли отбить первый удар 3-й и 63-й армий и уничтожить более половины имевшейся у них бронетехники. Неся тяжелые потери, советская пехота не смогла продвинуться более чем на 3 км в глубину обороны противника. На следующий день командование ввело в бой I гвардейский танковый корпус, но и его тоже остановила вязкая система немецкой обороны, а когда с целью блокировать прорыв сюда прибыли 2-я и 8-я танковые дивизии, движение корпуса было остановлено окончательно.
На второй день наступления 11-я гвардейская армия ввела в бой I и V танковые корпуса и продолжила развивать свой успех. К 1 июля на этот участок фронта прибыли три немецких танковых дивизии (12-я, 18-я и 20-я), которые имели задачу остановить наступление русских. Но в силу того, что продвижение войск на востоке было остановлено, успех наступления на Западном фронте работал против самого себя, поскольку оказались открытыми фланги наступающих. Массированная контратака немецких танков разбила V танковый корпус и грозила отсечь все войска, участвующие в прорыве. Советское командование ответило на это, бросив в возникшую брешь 50-ю армию, но это были не те мобильные силы, которые необходимы для выполнения поставленной задачи. 4-я танковая армия по-прежнему находилась на маршруте следования.
2 июля Центральный фронт начал свое наступление из глубины Курского выступа, послав в бой 13-ю, 48-ю и 70-ю армии. Даже на таком узком участке они натолкнулись на мощное сопротивление и едва смогли преодолеть первую линию обороны противника, столкнувшись с теми же проблемами, что и на Брянском фронте, расположенном севернее. В ожидании, когда ее пошлют в прорыв, 2-я танковая армия вынуждена была остановиться на открытом пространстве; удары с воздуха самолетов люфтваффе привели к большим потерям среди замерших в ожидании танков. Пехоте Центрального фронта потребовалось добрых два дня, чтобы проломить в немецкой обороне брешь, достаточно большую, чтобы в нее могла войти 2-я танковая армия. Когда она в конце концов вошла в нее, она тут же попала под высокоточный противотанковый огонь, который вели главным образом закопанные в землю противотанковые самоходные артиллерийские установки (САУ) «Элефант» 656-го отряда истребителей танков. В бою на дальней дистанции огонь этого вида оружия, которое представляло собой пушку калибром 88 мм, смонтированную на безбашенном танке, представлял смертельную опасность для танков. Только в одном бою XVI танковый корпус 2-й танковой армии потерял 150 танков, или 75 % своих машин, уничтожив при этом всего лишь три САУ противника. После таких потерь советские танки повернули назад, и в контратаке их стали преследовать уцелевшие танки немецкого XLVII танкового корпуса.
Советские войска штурмовали немецкую оборону в течение следующих пяти дней, но свежие и очень подвижные танковые дивизии практически безошибочно появлялись там, где возникала угроза, и ударами во фланг вынуждали советские войска переходить к обороне, защищая то немногое, что им удалось отвоевать. В эти же дни серьезное потрясение испытала служба разведки немецких войск: из данных аэрофотосъемки там стало известно о двух крупных танковых формированиях, двигавшихся к полям сражений под Орлом. Помимо этого, было замечено передвижение крупных армейских группировок к югу от Курска под Белгородом, и это несмотря на то, что наступление советских войск было отбито и на Миусе, и под Изюмом. Все это говорило о готовящемся новом наступлении русских. Стало очевидным, что советское командование оказалось способным собрать гораздо большую ударную силу, чем немцы когда-либо могли подозревать.
Операция «Румянцев» началась 3 июля наступлением советских войск на главном направлении удара. Планы советского командования, автором которых являлся сам Жуков, были просты и бесхитростны. На направлении главного удара он собрал почти пять полностью укомплектованных армий (5-ю и 6-ю гвардейские, а также 53-ю, 69-ю и часть 7-й гвардейской армии), поддержанных двумя танковыми армиями – 1-й и 5-й гвардейской. Через два дня после начала этого наступления нанесут свой удар две армии правого фланга; спустя три дня после этого должны будут ударить еще две армии на левом фланге. В целом к моменту принятия решения на трех советских фронтах – Воронежском, Степном и Юго-Западном – было сосредоточено 990 тысяч штыков, 12 тысяч орудий и 2 400 танков.