К началу контрнаступления на сталинградском направлении были развернуты войска Юго-Западного фронта под командованием Ватутина, Донского фронта Рокоссовского и Сталинградского фронта Еременко. Тем временем вермахт пошел на штурм Сталинграда, который вылился в двухмесячные уличные бои, аналогов которым военная история не знает до сих пор. К 11 ноября в Сталинграде в руках у РККА остался участок набережной в районе тракторного завода «Баррикады», где сражались остатки 62-й армии. В конце концов на «острове полковника Людникова» осталась только 138-я стрелковая дивизия, давшая плацдарму имя своего командира. Паулюс не смог сбросить в Волгу три советских стрелковых полка, которые удержали полоску берега до начала контрнаступления. С 19 по 23 ноября вся 6-я армия вермахта была окружена. В середине декабря фельдмаршал Манштейн безуспешно пытался деблокировать Паулюса, а 10 января 1943 года советские войска начали уничтожение 6-й армии. 26 января группировка Паулюса была расчленена на две части. 31 января фельдмаршал Паулюс капитулировал.
В это время продвинувшиеся на юге до Моздока немецкие танковые части были также отброшены назад к Ростову. В 1-й половине февраля 1943 года советское наступление успешно развивалось, Красная Армия заняла Ростов, Таганрог, а в середине месяца, преследуя отступающего противника, вошла в Харьков. На Северном Донце в расположениях вермахта образовался разрыв, куда немедленно устремились советские войска, развивая наступление на юг. 21 февраля русские танки достигли Днепра, но уже через несколько дней оказались в «котле». 15 марта 1943 года немцы вновь заняли Харьков и восстановили сплошной фронт на юге от Таганрога до Белгорода. В районе Курска с линии фронта образовался выступ, вокруг которого и развивались основные события летней кампании 1943 года. На севере дела обстояли успешнее. Там 18 января 1943 года войска Северо-Западного, Ленинградского и Волховского фронтов прорвали кольцо блокады Ленинграда. Обе стороны стали готовиться к битве за Курский выступ. Еще в начале весны 1943 года германский Генштаб принял решение срезать Курский выступ, который был идеальным советским плацдармом для наступления в глубь расположений вермахта.
По плану операции «Цитадель» верховное командование хотело бросить лучшие танковые части вермахта на штурм Курской дуги, успевшей за время колебаний и раздумий в ставке фюрера превратиться в самую мощную крепость в мире. Советское командование в середине апреля приняло решение об обороне Курской дуги, после чего войска Воронежского и Центрального фронтов приступили к подготовке укрепленных районов на фасах выступа. После решения задач обороны планировался переход советских войск в контрнаступление на Орловском и Белгород-Харьковском направлениях. Операцию по разгрому группировки противника в районе Белгорода и Харькова под кодовым наименованием «Полководец Румянцев» предполагалось осуществить силами Воронежского фронта Ватутина и Степного фронта Конева при взаимодействии с войсками Юго-Западного фронта Малиновского. Уничтожение орловской группировки вермахта в ходе операции «Кутузов» было поручено войскам правого крыла Центрального фронта Рокоссовского, Брянского фронта Попова и левого крыла Западного фронта Соколовского. Координация действий всех фронтов была возложена на Жукова. Для образования огромных клещей, которые должны были обрезать Курский выступ, германское командование сосредоточило все имевшиеся в наличии танковые силы. 4 июля танковые клинья Моделя и Гота вклинились в фасы Курского выступа. 10 июля Гот прорвал 3-ю линию обороны советской обороны и вышел на оперативный простор у деревни Прохоровка, но был остановлен 5-й гвардейской танковой армией генерала Ротмистрова. Кровавая мясорубка на Курском выступе продолжалась 10 дней. 13 июля Гитлер принял решение прекратить операцию, после чего Красная Армия сразу же перешла в контрнаступление. Уже 12 июля советские войска атаковали немцев севернее и восточнее Орла. К 17 августа они успешно завершили операцию «Кутузов», освободив Орел и Белгород. 3 августа 1943 года после вынужденной оперативной паузы советское командование начало операцию «Полководец Румянцев», в ходе которой Сталин хотел освободить Харьков, что и было достигнуто 22 августа. 25 августа 1943 года Жуков прибыл в Ставку, где обсуждалось дальнейшее развитие боевых действий. Сталин решил, что в ходе летнего наступления вермахт понес такие потери и настолько деморализован, что не сможет противостоять дальнейшему напору советских войск. Исходя из этого, он потребовал полностью очистить территорию СССР от противника к исходу 1943 года. Советским войскам предстояло прорвать «Восточный вал» — оборонительный рубеж, протянувшийся по линии рек и городов Нарва, Псков, Витебск, Орша, Сож, среднего течения Днепра, реки Молочная. Наиболее мощные укрепления были оборудованы по Днепру и получили кодовое наименование «Вотан». Во время готовящегося наступления на «Восточный вал» маршалу Жукову предстояло координировать действия Центрального (будущий 1-й Белорусский — Рокоссовский), Воронежского (будущий 1-й Украинский — Ватутин) и Степного (будущий 2-й Украинский — Конев) фронтов, которые должны были очистить от противника Левобережную Украину, форсировать Днепр, освободить Киев и продвигаться дальше на запад. 5—26 августа 1943 года войска Центрального и Воронежского фронтов перешли в наступление. Рокоссовский прорвал оборону противника южнее Севска, ввел в прорыв дополнительную армию и начал продвигаться в сторону Конотопа с перспективой выхода к Чернигову и Гомелю. Ватутин успешно наступал на Ромны, продвигаясь в киевском направлении. Войска Конева до конца августа вели жестокие бои с танковой группировкой Германа Гота в районе Полтавы, которая через неделю кровопролитных боев вынуждена была начать отход в сторону Киева. В конце августа войска Толбухина и Малиновского, прорвали оборону вермахта на Северном Донце и Миусе. В конце сентября 1943 года армии Манштейна закрепились по обе стороны Киева и заняли оборону по берегу Днепра до самого Запорожья. 27 сентября советские войска форсировали реку южнее Киева около Переяславля. Немцы смогли остановить продвижение Красной Армии на юг, но она прочно закрепились в излучине Днепра и выбить ее оттуда было невозможно. 7 октября 1943 года началось крупное наступление советских войск на Киев, который после упорных и продолжительных боев был освобожден 6 ноября. Развивая оперативный успех, части Красной Армии в течение нескольких дней провели наступление по 3 расходящимся от столицы Украины направлениям и вышли к Малину, Фастову и Житомиру. Манштейн попытался отбить Киев, но к середине декабря немецкое контрнаступление выдохлось. Результаты контрудара Манштейна были полностью ликвидированы в ходе Житомирско-Бердичевской операции, в результате которой 3 января 1944 года советские войска вышли на советско-польскую границу 1939 года. В середине января 1944 года советские войска восстановили свои силы и продолжили наступление. Сталин поручил Жукову координацию действий 1-го и 2-го Украинских фронтов. 24 января 1944 года войска Ватутина и Конева ударили по флангам Корсунь-Шевченковской группировки, в течение нескольких дней превратив выступ в котел.