乌军在库尔斯克州边境地区调集包括第25机械化步兵旅、第92独立机械化旅在内的多支精锐部队，形成强大攻势。
在北约军事顾问的协助下，乌军采取多梯次部署方案，建立三级指挥体系。前线部队配备大量现代化装备，包括由德国提供的"豹2"主战坦克编队、波兰援助的"蟹式"自行火炮系统，以及美制"爱国者"防空导弹阵地。
为应对乌军进攻，俄军第20集团军迅速调整防御部署。通过工程部队昼夜施工，构建起纵深达30公里的多层次防御工事群。防御体系包含反坦克壕沟、混凝土掩体、地雷带等固定设施，并在关键节点部署"铠甲-S1"近程防空系统。俄军还在后方预置机动预备队，由T-90M主战坦克营和BTR-82A装甲运输车连队组成，随时准备实施反击。
俄军在库尔斯克地区的防御态势呈现出显著的"刺猬阵型"特征。防御纵深之外，俄军还在侧翼地区部署电子战分队，能够对乌军通信系统和无人机操控形成有效干扰。同时，俄军调集数量可观的战术导弹部队，具备对乌军后方指挥所、补给线进行精确打击的能力。
1月5日凌晨4时许，乌军主力在别尔金农场至克拉斯诺波利耶村一线展开突击。进攻初期，乌军动用大量火力对俄军前沿阵地实施饱和打击，炮击持续约40分钟。
然而，俄军预先部署的无人机侦察系统及时发现乌军调动态势，防空部队随即启动区域拦截方案。苏-35S战斗机编队利用低空突防战术，对乌军装甲集群实施精确打击，仅在上午战斗中，就有超过30辆乌军主战坦克被击毁，其中包括多辆价值不菲的北约援助装备。
为规避俄军火力，一支约营级规模的部队试图通过密林地带实施迂回。然而，这一行动陷入俄军精心布设的混合雷场，仅这一次行动就造成大量人员伤亡，其中包括多名指挥官在内的骨干力量。同时，严寒天气也对乌军装备维护造成巨大困扰，多辆装甲车因机械故障被迫放弃。
乌军在多个攻击方向采用过时的波次冲锋战术，这种战术在现代战争中已显示出明显弱点。例如，在201高地争夺战中，乌军在缺乏有效火力压制的情况下，仍然采用密集队形发起冲锋，结果遭到俄军火力网的精确打击，仅这一处争夺战就造成乌军800余人伤亡。
俄军装备在火力、机动性、防护等多个方面都占据优势。例如，俄军装备的2S35自行火炮采用自动装填系统，每分钟可发射16发炮弹，而且具备先进的火控系统，命中精度远超乌军同类装备。在防空作战中，俄军S-400系统显示出卓越性能，据统计，其拦截率高达95%，有效限制乌军航空力量的支援能力。
战役期间当地气温最低达到零下25度。这种极端天气条件下，乌军补给线频频中断，约40%的补给车辆因道路结冰和机械故障无法及时到达前线，前线部队出现大量冻伤病例，军医记录显示，非战斗减员中有约65%与严寒天气直接相关。
库尔斯克战役的失利导致乌军多个作战单位出现军心动摇现象。情报部门截获的通讯记录显示，部分部队出现集体逃离现象。
乌军总参谋部被迫对原定作战计划进行全面调整，原本部署在南线的第28机械化旅和第95空降突击旅已紧急调整部署，转为加强防御工事建设。同时，乌军还不得不放弃原定在哈尔科夫方向的进攻准备，将主要精力转向防御体系的构建。
相比之下，俄军则抓住战机，调集"亚速营"等精锐特种部队，对战场周边地区进行渗透性侦察。同时，工程部队快速推进，在新控制区域构筑永固性工事，俄军在一周内就完成约180平方公里区域的工程设施建设，包括反坦克壕、掩体群和观察哨所等防御设施。
俄军还在战役结束后迅速调整战略部署，俄军在库尔斯克地区增派"伊斯坎德尔"战术导弹系统，并新建多处弹药库和燃料存储设施。这表明俄军可能正在为更大规模的军事行动做准备。同时，俄军还加强电子战能力建设，新增部署的"克拉苏哈-4"电子战系统将显著提升其对乌军通信和侦察系统的干扰能力。
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