Во второй половине дня 5 февраля соединениям армии были поставлены задачи. Командарм требовал решительных действий и быстрого продвижения вперед, с тем чтобы к исходу 6 февраля овладеть Курском.
Однако надежды на легкий успех не оправдались. Сопротивление врага на ближних подступах к Курску резко возросло. В районе города и его окрестностей были установлены части прежних 57, 68, 340 и 377-й и вновь прибывших 82-й пехотной и 4-й танковой немецких дивизий. Противник дрался отчаянно, стремился выиграть время и отстоять город. Атаки войск армии нередко доходили до рукопашных схваток.
Напряженные бои разгорелись и на далеко отставшем левом фланге армии, в районе города Тим. Выходившие из окружения немецкие части с небывалой настойчивостью пытались очистить от наших войск дорогу Тим — Курск и прорваться к своей курской группировке.
Только к исходу 7 февраля соединения 60-й армии приблизились к своей цели.
С утра 8 февраля развернулось сражение за Курск. И, несмотря на яростное сопротивление врага, части 322-й стрелковой дивизии подполковника Перекальского и 248-й курсантской стрелковой бригады полковника Гусева ворвались в город и завязали уличные бои. К полудню войска армии овладели северо-восточной и восточной частью города, а к исходу дня Курск был освобожден полностью.
Это была вторая значительная победа войск 60-й армии под командованием И. Д. Черняховского зимой 1943 года. За пять дней непрерывных боев войска армии прошли от рубежа р. Тим до Курска 90 километров и освободили за это время от немецко-фашистской неволи 350 советских сел и деревень.
Иван Данилович Черняховский за умелое руководство этой операцией был награжден орденом Суворова 1 степени, и ему было присвоено звание генерал-лейтенанта.
Успешно шло зимнее наступление и левофланговых армий Воронежского фронта на харьковском направлении. 40-я армия 7 февраля освободила город Короча, а 9 февраля овладела Белгородом. 69-я и 3-я танковая армии к исходу 10 февраля подошли к внутреннему оборонительному обводу Харькова. Сломив сопротивление врага, советские войска пробились к городу и завязали уличные бои, а 16 февраля Харьков был полностью очищен от противника.
Завершив Курскую операцию, войска 60-й армии в течение двух суток приводили себя в порядок, подтягивали артиллерию, тылы, пополнялись боеприпасами, горючим, продовольствием и готовились к дальнейшему наступлению.
Командный пункт командарма переместился в Курск. Вместо заболевшего генерала Крылова прибыл новый начальник штаба армии полковник Георг Андреевич Тер-Гаспарян.