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在庫斯克戰役進行的過程之中，紅軍也在奧廖爾動了主動的進攻戰役。此次行動的主要目的是光復奧廖爾，徹底解除庫斯克北部的德軍威脅。
奧廖爾進攻戰役的主要負責人是羅科索夫斯基，他手下的中央方面軍也是進攻的主力。同時，索科洛夫斯基手下的西方方面軍、波波夫手下的布良斯克方面軍也同時參戰。
三個方面軍分別從北面、東面和南面，對奧廖爾動猛攻。
德軍的主要防禦部隊為第9集團軍和第二裝甲叢集，由莫德爾負責指揮。
7月12日，紅軍第7o集團軍，第13集團軍，第48集團軍從三個方向同時開始炮擊。一小時二十二分鐘後，紅軍開始步兵衝鋒。然而這次的步兵衝鋒，卻連德軍一處陣地都未能攻破。
德軍佔據奧廖爾實在是太久了，而且佔據奧廖爾的德軍指揮官又恰好就是那個防禦大師莫德爾。這導致紅軍不管在哪個進攻方向，都會遭遇德軍連綿不斷的鐵絲網，地雷，野戰工事，反坦克水泥樁等等。
德軍的階梯式防禦戰術，也總是讓紅軍的進攻部隊陷入到進退兩難的境地。
下午，為了能夠徹底掌握制空權，紅軍幾乎是將手頭所有的飛機全都投入到奧廖爾上空。短短三個小時的時間，便取得了186架飛機的戰果（德軍記載的損失是79架，包括奧廖爾和庫斯克兩個戰區。）
次日，紅軍近衛第11集團軍（巴格拉米揚指揮），第3集團軍（戈爾巴托夫指揮），第63集團軍（科爾帕克奇指揮），第61集團軍別洛夫指揮加入進攻隊伍。德軍也投入了另外的四個裝甲步兵師。
一天激戰之後，德軍被打退15公里，紅軍成功佔領德軍在奧廖爾的外圍陣地。
7月14日，第5o集團軍博爾金指揮起進攻，保護近衛第11集團軍的側翼。
7月15日，羅科索夫斯基再次投入更多部隊加入到了進攻行列第48集團軍（羅曼年科指揮），第7o集團軍（加拉寧指揮），第13集團軍（普霍夫指揮）。
德軍地面部隊堅守不退，並且試圖對紅軍進行反擊。紅軍未能掌握制空權，因此也沒有能夠在此處取得突破。
當天晚上，羅科索夫斯基給斯大林同志打了電話。在說明前線情況後，羅科索夫斯基請求斯大林同志將後方的盟軍航空隊投入前線。
斯大林同志答應了羅科索夫斯基，於是第二天，來自非洲法國的航空隊來到了奧廖爾前線，和德空軍展開激戰。
7月19日，羅科索夫斯基投入近衛第三坦克集團軍（雷巴爾克指揮）加入了進攻行列。
次日，第11集團軍（費久寧斯基指揮）協助第5o集團軍進入交戰區域。
7月26日，第四坦克集團軍（列柳申科指揮）加入近衛第11集團軍的進攻戰鬥。成功逼退該防區德軍，徹底摧毀了奧廖爾東北部的德軍防禦。
7月的最後一天，紅軍三個集團軍猛攻博爾霍夫，趕在天黑前，解放了這座城市。
此時，德軍在奧廖爾已經是獨木難支。而且義大利也已經退出了和德國的同盟，德軍需要將奧廖爾的部隊抽調去義大利進行作戰。
就這樣，德軍主動撤出了奧廖爾，放棄了這個已經經營了兩年時間的防區。
8月5日，紅軍擊敗德軍的殿後部隊，成功解放了奧廖爾。
禮炮部隊在奧廖爾城外，鳴炮24聲——從奧廖爾陷落到今天解放，正好24個月。
之後，斯大林同志親自對參與奧廖爾進攻戰役的九個功勳卓著的集團軍，頒了“奧廖爾英雄”稱號。
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庫斯克戰役，以德軍主動撤退，紅軍戰略勝利而結束。