S红军的炮击完全出乎D军的意料，造成很大损失，虽然比原计划推迟了3个小时。而D南方集团军群的第4装甲集团军根据预定计划发动进攻，在损失36辆坦克后，D军艰难的越过了S红军的反坦克雷区，猛攻苏第67近卫步兵师的防线，面对D军3个师的进攻，s第67近卫步兵师难以抵挡被迫后退，瓦图京于是把方面军预备队调了过来，以期能把D军挡在第二道防线外。但不幸的是D军还是在S红军第二道防线上打开了一道缺口，并强渡了佩纳河。
由于D军的进攻比预计的要猛烈的多，瓦图京被迫取消了原定反攻，而将计划用于反攻的第1坦克集团军的部分坦克布置在防线后方以支援步兵进行防守，部分坦克布置在侧翼打击D军。这一天，D国空军出击了超过1000架次，完全压制住了S空军。经过一天激战，双方都受到了很大损失。
傍晚，瓦图京向华西列夫斯基请求增援，后者在得到最高统帅部的同意后，立即把草原方面军第5近卫集团军的第2和第10坦克军353辆坦克调往沃罗涅日方面军。同时瓦图京接到斯大林亲自打来的电话，要求他不惜一切代价，阻止D军在库尔斯克突出部南部的突破。在战斗中，D军只向前推进了数公里，未能达成突破S红军防线的任务。第二天，D军仍然顽强地继续他们的攻势，而瓦图京也在计划反攻，为此他向最高统帅部请求把草原方面军的第5近卫坦克集团军和第5近卫集团军调给他指挥，他的请求很快就被批准了，但这些部队需要几天的时间才能到达。在制空权的争夺上，通过空战，S空军也逐渐扭转了劣势，完全夺取制空权只是时间问题。
普罗霍罗夫卡坦克大战，瓦图京指挥部队继续在正面抵挡D军向奥博扬推进，同时在两翼连续发动反击，虽然这些反击一次又一次的遭到失败，但却使D军无法全力以赴的攻击他们的主要目标。D第4装甲集团军司令霍斯将军见无法从正面突破奥博扬，便决定先从右翼突破，他命令第2装甲军转向东北的普罗霍罗夫卡。接下来的两天，D军的进攻还比较顺利，他们攻到了普罗霍罗夫卡城下，库尔斯克会战的高潮－上演了。
战后很长时间，史学家们一直认为在1943年7月12日SD双方共有1500余辆坦克和自行火炮在普罗霍罗夫卡激战，普罗霍罗夫卡坦克大战也因此被认为是人类战争史上最大规模的坦克战，并闻名于世，成为一个传奇。随着时间的推移，大量资料的解密，尤其是冷战的结束，前S资料的公开，使得研究者们发现这次坦克大战的规模要比原先认为的小得多，双方直接参战的坦克和自行火炮也只有约600辆。其中D军不到200辆，S红军约400辆。战斗打响，苏德双方几乎是同时发动了进攻，在战斗中D军“虎式”坦克的88毫米炮与四号坦克的75毫米坦克炮优势明显，而S红军T-34坦克的76毫米炮在同样距离下无法对D军造成威胁，大量的S红军坦克在交战距离以外就被D军击毁。S红军近卫第5坦克集团军战报报告所属坦克军已经丧失了继续进攻的能力，已经将余下的坦克编入步兵部队。
在这天的坦克大战中D军虽然以相对较小的损失，摧毁了更多的S红军坦克，但他们却没能攻占普罗霍罗夫卡，而随后源源赶到的S红军援兵使他们的防线将更加坚固。
该战役可被评为在战术上付出很大代价及S红军被迫撤退，无论S红军近卫第5坦克集团军或D军武装党卫军第2装甲军均不能达到其目的，坦克的损失已经是引起争论的题目，S红军的损失由少至200辆至多至822辆，其中大部分为绝对损失。同样地，D军的损失由少至80辆至多至数百辆，包括很多虎式坦克，这个数字在D国人于计算损失坦克数字的哲学上不可能成立，从第一阿道夫·希特勒警卫旗队装甲师及第二帝国装甲师的需要完全报销的坦克数字只有3辆，另有数目不详的坦克损坏，很多的损失来自都是S红军在之后的奥泽洛夫·鲁缅采夫行动的反攻中因攻占D军坦克的维修工厂，因此行动中的D军坦克损失数字大约是70至80辆，但不清楚需要短期或长期维修的数字。
当双方的准确损失数字被确定后，战役的结果很清楚，S红军近卫第5坦克集团军不能达到攻占有利地形或击溃D军武装党卫军第2装甲军的目的，双方部队均在战役中被削弱，科涅夫决定用近卫第5坦克军团对抗D军对战局有很大影响，因为这里是D军的主要进攻方向。
事实上，S红军强大预备队的突然进攻及在库尔斯克突出部北面的D国第9军团因S红军的库图佐夫行动而被迫中止进攻令D首相决定停止整个城堡行动，当他本来已考虑停止行动，这个预兆更令他胃病发作，而S红军在哈尔科夫以南的米亚斯河发动对新的D国第6军团的攻势令他必须将本来用于取得在库尔斯克突出部南面最后胜利的预备队调往该处，而德意志国防军最高统帅部亦决定将一部份部队调往地中海战区以应付盟军于1943年7月10日在西西里岛的登陆。
