Mặc dù không đồng ý với các đề xuất của K. K. Rokossovsky về việc ra đòn tấn công trước nhưng Bộ Tổng tư lệnh tối cao quân đội Liên Xô lại khuyến khích các Phương diện quân tiến hành các đòn "phản chuẩn bị" bằng không quân và pháo binh nhằm phá hoại các phương tiện, vũ khí của quân đội Đức Quốc xã và làm suy yếu các cánh quân xung kích Đức đã tập trung tại hai khu vực phía nam Oryol và phía bắc Kharkov.[55]

Hoạt động của không quân

Nữ quân nhân Nga Kurasova bên cạnh chiếc máy bay tiêm kích La-5 sau trận Kursk

Ngày 17 tháng 4, không quân tầm xa Liên Xô mở cuộc đột kích sâu vào sân bay Orsha, phá hủy 5 máy bay ném bom Ju-88 của các phi đội 1 và 4 thuộc sư đoàn ném bom 121 (Đức), ba chiếc Dornier 217 của phi đoàn vận tải. Ngày 20 tháng 4, cũng chính sân bay này lại bị đột kích, 10 máy bay cường kích hạng nhẹ bị thiêu cháy.[56]

Không quân Đức Quốc xã cũng tiến hành các trận ném bom vào hậu phương của Liên Xô. Nhà máy sản xuất ô tô số 1 hay Nhà máy ôtô Gorky (Gorkovsky Avtomobilny Zavod - GAZ) đã bị một loạt các cuộc tấn công nặng nề trong suốt tháng 6 năm 1943. Trong các đêm 4 và 5 tháng 6, các máy bay He-111 của các phi đoàn 1, 3, 4, 55 và 100 thuộc Tập đoàn quân không quân 1 (Đức) đã ném xuống nhà máy 179 tấn bom, gây tàn phá lớn cho các tòa nhà và dây chuyền sản xuất. Tất cả 50 tòa nhà, 9 km băng chuyền, 8.000 thiết bị, đông cơ và 5.900 xe cộ các loại đang lắp ráp đã bị phá hủy.[57] Tuy nhiên, người Đức sai lầm khi chọn mục tiêu này bởi Nhà máy GAZ số 1 sản xuất chỉ có các xe tăng hạng nhẹ T-70 với số lượng ngày càng hạn chế và hầu hết các dây chuyền đã chuyển sang sản xuất ô tô GAZ. Trong khi đó, các Nhà máy số 112, cơ sở sản xuất loại xe tăng đáng gờm T-34 lớn thứ hai vẫn tiếp tục sản xuất mà không bị oanh kích. 2.851 xe tăng được sản xuất ở nhà máy này trong năm 1943, 3.619 trong năm 1944, và 3.255 trong năm 1945.[57] Không quân Đức cũng oanh kích Nhà máy sản xuất đại bác số 92 ở Gorky và Nhà máy máy bay Lavochkin, nơi sản xuất các loại máy bay tiêm kích La-5 và La-5FN nhưng không thể với tới được các nhà máy lớn nhất sản xuất các loại xe tăng Liên Xô đặt ở Chelyabinsk. Chỉ trong 6 tuần, các cơ sở sản xuất bị đánh phá đã được các kỹ sư và công nhân Liên Xô sửa chữa hoặc xây dựng lại và tiếp tục sản xuất.[57]

Không quân Liên Xô đã huy động các tập đoàn quân không quân của các Phương diện quân Kalinin, Tây, Briansk, Trung tâm, Voronezh, tây nam, Nam và không quân tầm xa tổ chức một loạt đòn không kích quy mô lớn trong một tuần liền từ ngày 6 đến ngày 13 tháng 5 vào tất cả các sân bay của các tập đoàn không quân 4 và 6 (Đức). Đòn đột kích bất ngờ đầu tiên lúc chiều muộn và kéo dài đến đêm ngày 6 tháng 5 đã làm cho không quân Đức hoàn toàn bất ngờ và bị thiệt hại nặng.[58] Các ngày sau đó, tính bất ngờ không còn và thiệt hại của không quân Đức giảm đi. Tuy nhiên, chỉ trong ba ngày đầu không kích, hơn 400 máy bay Đức các loại bị thiêu cháy trên các sân bay, 16 chiếc bị bắn rơi trong không chiến. Phía Liên Xô mất 18 chiếc.[59] Từ ngày 8 đến ngày 10 tháng 5, các tập đoàn quân không quân 1 (Phương diện quân Tây), 2 (Phương diện quân Voronezh), 5 (Phương diện quân Thảo nguyên) và không quân tầm xa tiếp tục mở đợt công kích thứ hai nhằm vào các tuyến đường xe lửa, đường bộ, các đầu mối giao thông, những nơi quân Đức đang bốc dỡ và tập kết pháo binh, xe tăng. Kết quả trinh sát không ảnh đếm được 85 xe tăng và hơn 120 khẩu pháo của quân đội Đức Quốc xã bị phá hủy.[60] Từ ngày 11 đến ngày 13 tháng 5, các trận không kích của không quân Liên Xô được mở các trận không kích ban đêm với việc sử dụng không quân tầm xa và máy bay ném bom ban đêm làm chủ lực nhằm vào các sân bay ở sâu trong hậu tuyến quân Đức. Thêm 200 máy bay Đức bị thiêu cháy trên các sân bay. Phía Liên Xô mất hơn 22 chiếc đều do cao xạ Đức bắn rơi.[61]

Các đòn phản chuẩn bị vào lục quân Đức

lính SS Đức củng cố chiến hào trên tuyến xuất phát tấn công

Ngày 1 tháng 7, các mệnh lệnh của Bộ Tổng chỉ huy tối cao Đức đã được ban bố ấn định ngày 5 tháng 7 sẽ tấn công vào. Ngày sáng hôm sau, Nguyên soái Aleksandr Vasilevsky đã cảnh báo chỉ huy các Phương diện quân N. F. Vatutin, K. K. Rokossovsky và I. S. Koniev đặt quân đội vào trạng thái sẵn sàng chiến đấu cao nhất để đón cuộc tấn công của Đức sẽ bắt đầu vào khoảng từ ngày 3 và ngày 6 tháng 7. Trong ngày 2 tháng 7, quân đội Liên Xô đã nhận được thông tin chi tiết về kế hoạch của cuộc tấn công từ cái mà người Đức gọi là "Dàn nhạc đỏ" (Tiếng Đức: Rote Kapelle) và người "nhạc trưởng" của "dàn nhạc" đó vẫn là Rudolf Roessler. Ba người bị nghi ngờ đã lấy tin tức và chuyển giao cho ông này là "Werther" (bí danh của một người hoạt động trong Bộ tham mưu không quân của Hermann Goering), một người làm việc trong cơ quan chính quyền Đức Quốc xã. Còn người cuối cùng chính là nhiếp ảnh gia chuyên chụp hình cho Hitler.[62] Tuy đã có những dữ liệu khá tin cậy nhưng Bộ Tổng tư lệnh tối cao Liên Xô vẫn lệnh cho các Phương diện quân tiếp tục kiểm tra. Ngày 2 tháng 6, trung úy không quân tiêm kích Liên Xô A. I. Kozevnikov thuộc Tập đoàn quân không quân 2 đã bắn rơi một máy bay trinh sát của Đức. Viên phi công Đức khai rằng quân đội của sẽ chuyển sang tấn công trong ba ngày tới và nhiệm vụ của anh ta là phải tìm bằng được các vị trí pháo binh, xe tăng Liên Xô đã được ngụy trang.[63]

Ngày 4 tháng 7, các đơn vị tuyến 1 của Tập đoàn quân xe tăng 4 (Đức) bắt đầu tổ chức trinh sát chiến đấu. Buổi chiều cùng ngày, Nguyên soái G. K. Zhukov vừa bay đến sở chỉ huy của tướng K. K. Rokossovsky tại Vorobyevka để chỉ đạo cánh Bắc mặt trận Kursk thì nhận được điện thoại của tướng N. P. Pukhov, tư lệnh Tập đoàn quân 13 báo tin đã tóm được một "cái lưỡi" thuộc Sư đoàn bộ binh 6 thuộc Quân đoàn xe tăng 47, Tập đoàn quân xe tăng 2 (Đức). "Cái lưỡi" ấy khai rằng quân Đức sẽ chuyển sang tấn công vào 3 giờ sáng ngày 5 tháng 7.[25] Cũng buổi chiều hôm đó, Tập đoàn quân cận vệ 7 cũng báo cáo cho nguyên soái A. M. Vasilevsky đang có mặt tại sở chỉ huy của tướng N. F. Vatutin ở Vobryshevo để chỉ đạo cánh Nam về việc Sư đoàn cận vệ 25 bắt được một tù binh Đức của Sư đoàn bộ binh 168 thuộc Quân đoàn xe tăng 3, Cụm tác chiến Kemf. Người này khai rằng lính Đức đã được phát 5 khẩu phần lương khô cùng một bidon rượu mạnh và đến ngày 5 tháng 7 thì họ phải tấn công. Xác định chính xác giờ G của quân đội Đức Quốc xã, nguyên soái G. K. Zhukov và nguyên soái A. M. Vasilevsky quyết định ra lệnh cho ba Phương diện quân Voronezh, Trung tâm và Briansk tiến hành các đòn phản chuẩn bị từ mặt đất và trên không vào hai cánh quân xung kích Đức.[64][65]

Chiều ngày 4 tháng 7, các máy bay Ju-87 của Đức ném một vệt bom dài trên tiền duyên của quân đội Liên Xô tại các trận địa đối diện với Cụm tác chiến Kemf để yểm hộ cho sư đoàn cơ giới Großdeutschland của Quân đoàn xe tăng 3 tiến hành trinh sát chiến đấu tại địa đoạn Butovo - Davydovka. Gặp phải các cụm cứ điểm phòng thủ vững chắc của Sư đoàn bộ binh cận vệ 78 thuộc Tập đoàn quân cận vệ 7, các xe cơ giới Đức phải dừng lại chờ các xe tăng mang súng phun lửa còn đang mắc kẹt trong bùn lầy bởi các trận mưa trong đêm.[66]

Pháo và xe kéo StuG của Đức bị phá hủy sau các đòn phản chuẩn bị của pháo binh và không quân Liên Xô

Thời gian không còn nhiều nên không thể chờ lệnh của Bộ Tổng tư lệnh tối cao, hồi 2 giờ 30 phút ngày 5 tháng 7, nguyên soái G. K. Zhukov ra lệnh dùng hỏa lực pháo binh bắn phản chuẩn bị vào quân Đức. 2 giờ 30 phút, các phương diện quân Bryansk, Trung tâm và Voronezh bắt đầu các cuộc phản chuẩn bị bằng mọi hỏa lực có trong tay. Hơn 2.000 dàn Katyusha BM-13 cùng gần 10.000 nòng pháo kết hợp với các máy bay ném bom tầm xa và máy bay ném bom ban đêm dội một trận bão lửa lên tất cả các tuyến chuẩn bị tấn công của hai cánh quân xung kích Đức Quốc xã. Tổng cộng có khoảng 20.000 quả đạn pháo, hơn 4.500 quả đạn Katyusha, 200 phi vụ cường kích và 450 phi vụ ném bom ban đêm đã được thực hiện.[25] Các sân bay của không quân Đức, các căn cứ xe tăng Đức và các căn cứ hậu cần Đức tại Bryansk, Oryol, Dmitrovsk-Orlovsky, Trubchevsk (sân bay), Khutor-Mikhailovsk,y, Konotop (sân bay), Terkino (sân bay), Romny, Akhtyrka, Trotyanets, Poltava (sân bay chính của Tập đoàn quân không quân 4), Novo-Bodolaga, Merefa và Kharkov đồng loạt bị oanh kích dữ dội.[67] Trong phạm vi 20 km cách tiền duyên, có thể nhìn thấy những vệt lửa kéo dài trong đêm tối kèm theo vô số vụ nổ lớn; các kho đạn nổ tung bắn chất cháy lên trời như pháo hoa. Tại Bộ tư lệnh các cụm tập đoàn quân Trung tâm và Nam, các tướng lĩnh và sĩ quan cao cấp Đức lập tức hội ý để cố phán đoán xem đây có phải là sự chuẩn bị cho một đòn tấn công theo kiểu ra tay trước của quân đội Liên Xô hay không.[29] Trong khi đó, trên tiền duyên các loạt pháo kích, không kích của quân đội Liên Xô vẫn tiếp diễn suốt 2 giờ liền. Pháo binh Đức hoàn toàn bị bất ngờ và phản ứng yếu ớt. Vì các đội máy bay ném bom ban đêm của Đức còn đang trong giai đoạn thử nghiệm nên người Đức hoàn toàn không có thứ vũ khí mà đối thủ của họ đã có và tỏ ra rất hữu hiệu trong trường hợp này. Ở các đài quan sát tiền duyên của quân đội Liên Xô trên cả hai hướng Bắc và Nam vòng cung Kursk, các trinh sát viên đều nhìn thấy nhiều đám cháy và các vụ nổ lớn. 4 giờ 30 phút sáng ngày 5 tháng 7, trận pháo kích và không kích phản chuẩn bị của quân đội Liên Xô chấm dứt.[68]

Không ai có thể biết được bên trong phòng tuyến của quân Đức những gì đã diễn ra, nhưng trận phản chuẩn bị rõ ràng đã có tác dụng. Theo lời khai của các tù binh Đức, cuộc tấn công sẽ bắt đầu đúng 3 giờ sáng ngày 5 tháng 7 nhưng mãi đến 4 giờ 40 phút, sau khi quân đội Liên Xô ngừng pháo kích, các máy bay trinh sát Đức mới xuất hiện trên bầu trời, bắt đầu chỉ điểm cho máy bay cường kích và pháo binh bắn phá dọn đường tấn công nhưng hỏa lực không đạt được mật độ dày đặc.[69] Đến 6 giờ sáng, các tập đoàn quân xe tăng Đức mới bắt đầu xuất phát tấn công.[22]