Группировка чудовищной силы должна была нанести сокрушительный удар на фронте протяженностью всего лишь 40 километров. Еще 21 апреля генерал Ватутин, разгадав замысел противника, предлагал Верховному Главнокомандующему измотать наступающего противника заранее подготовленной обороной. В данном случае переход к обороне осуществлялся не вынужденно, а преднамеренно. Командующий соседнего Центрального фронта генерал армии Рокоссовский выступил с таким же предложением. К аналогичным выводам, причем совершенно независимо, пришли маршалы Василевский и Жуков.

Командующий фронтом Ватутин лично проверял качество инженерного оборудования и маскировки с воздуха, осматривал полосу обороны с борта самолета, на земле прошел по траншеям не один десяток километров. Он сам допрашивал пленных, стараясь установить день и час начала наступления фашистских войск. А тем временем командующий группой армий «Юг» генерал-фельдмаршал Э. Манштейн завершал последние приготовления к наступлению. Именно с ним, сдержанным, расчетливым и умудренным многолетним военным опытом, предстояло вновь скрестить оружие русскому генералу. Николай Федорович тщательно спланировал организацию обороны на южной части курского выступа. Он верно определил возможные варианты наступательных действий группировки Манштейна, сосредоточив на угрожаемых направлениях основные силы. Особая роль отводилась артиллерийской контрподготовке, благодаря которой удалось нанести противнику чувствительные потери. Манштейну пришлось пересматривать план действий. 9 июля наступление немецких войск было остановлено, но 12 июля Манштейн нанес новый удар в направлении на Прохоровку.

Советский командующий решил встретить его контрударом. Так началось крупнейшее танковое сражение Второй мировой войны под Прохоровкой, где сошлись почти две тысячи боевых машин, в ходе которого танковым войскам вермахта был нанесен тяжелый урон. С этого дня гитлеровское командование уже не могло думать о продолжении стратегического наступления. Зато утром 3 августа неудержимым валом двинулись вперед войска генерала Ватутина. 

Началась операция под названием «Полководец Румянцев» (Белгородско-Харьковская). Она проводилась войсками Воронежского и Степного фронтов и, став частью Курской битвы, завершилась 23 августа. В ходе нее была разгромлена белгородско-харьковская немецкая группировка численностью в 15 дивизий, а также освобождены Белгород и Харьков. Н.Ф. Ватутина наградили орденом Кутузова 1-й степени.