1943年7月，为了牵制德军在库尔斯克战场的兵力，苏联南方面军对米乌斯河防线发起了进攻。如果苏军突破米乌斯河防线，将直接威胁到德国南方集团军群南部的安全。曼施坦因调兵增援，则将直接削弱库尔斯克战场上的兵力。苏联南方方面军有27万人，661辆坦克和自行火炮，司令托尔布欣马把最精锐的突击第5集团军和第28集团军布置在了米乌斯河以北，担任正面突击任务，近卫第2集团军作为后援。
第51、44集团军在正面部队进攻的同时，发动佯攻，以掩护第5集团军和第28集团军的进攻。1943年7月17日，在密集的重炮轰炸过后，苏军打响了米乌斯河战役。此时，德军的大部分坦克部队都在库尔斯克和苏军坦克激战，防御米乌斯河防线的是在斯大林格勒战役被打残后，重新组建的第六集团军，有10个步兵师，1个装甲步兵师。第6集团军只有5个临时加强的强击火炮营，第16装甲步兵师也只有40辆坦克。
战斗打响后，苏联突击第5集团军很快就突破德国第294、306步兵师的防线，随后第2近卫机械化军队向德军腹地发起进攻。到7月17日晚，苏军已经突入了德军防线4公里处，德军伤亡很大。德军第17军军长斯奈肯伯格上将向第6集团军司令霍利德求援，霍利德派出唯一的一支机动力量——第16装甲步兵团去增援，以挽救濒临崩溃的米乌斯河防线。
7月18日，德军第16装甲步兵师对苏联第2近卫机械化军发起反击，苏联第2机械化军有100多辆坦克，只有40辆坦克的德军第16装甲步兵师， 根本不是苏军的对手，在损失了一半坦克之后，被迫撤出战斗。曼施坦因派第23装甲师增援霍利德，7月19日，第23装甲师随即对苏军阵地发起反击。苏军步兵部队配备有大量反坦克武器，第23装甲师的50辆坦克，损失了28辆，也被迫退出了战场。
7月18日当天，德军第17步兵军的防线被苏军击溃，斯捷潘诺夫卡、马里诺夫卡等要地被苏军占领。7月21日，
托尔布欣下令第4近卫机械化军也投入战斗。苏军两个机械化军有300多辆坦克。而德军的两个装甲师，只剩下31辆坦克。关键时刻，曼施坦因又把第24装甲军派来增援。不过，来的并非整个第24装甲军，而只是第24装甲军的一部分，由军长瓦尔特·内林上将亲自带队。
瓦尔特·内林曾在隆美尔的非洲军团指挥装甲师作战，他用88炮和强击火炮组成了一个简易88炮伏击阵地，并用步兵和部分强击火炮把苏军坦克部队一步一步引到伏击阵地。由于缺乏步兵掩护，误入德军炮火阵地的苏军，共损失了93辆坦克，被迫停止进攻。德军虽然守住了防线，但是自己也损失惨重。第16装甲步兵师大部分坦克被摧毁，只剩下550名步兵。