Германское наступление началось утром 5 июля 1943 года. Поскольку советскому командованию было точно известно время начала операции — 3 часа ночи (немецкая армия воевала по Берлинскому времени — в переводе на московское 5 часов утра), в 22:30 и в 2:20 по московскому времени силами двух фронтов была проведена контрартподготовка количеством боеприпасов 0.25 боекомплекта. В немецких докладах отмечены значительные повреждения линий связи и незначительные потери в живой силе. Также был произведен неудачный авиационный налет силами 2-й и 17-й воздушных армий (более 400 штурмовиков и истребителей) на Харьковский и Белгородский аэроузлы противника.
Перед началом наземной операции, в 6 часов утра по нашему времени, немцы также нанесли по советским оборонительным рубежам бомбовый и артиллерийский удар. Перешедшие в наступление танки сразу столкнулись с серьёзным сопротивлением. Главный удар на северном фасе был нанесен в направлении Ольховатки. Не достигнув успеха, немцы перенесли удар в направлении Понырей, но и здесь не смогли прорвать советскую оборону. Вермахт смог продвинуться лишь на 10—12 км, после чего уже с 10 июля потеряв до двух третей танков, 9-я немецкая армия перешла к обороне. На южном фасе главные удары немцев были направлены в районы Корочи и Обояни.
