Действия 5-й танковой армии во встречном сражении развивались на двух направлениях: западнее Прохоровки действовали главные силы армии, а южнее Прохоровки – два отряда, объединенные под общим командованием заместителя командующего 5-й танковой армией. В состав одного отряда вошли 11-я и 12-я механизированные и 26-я танковая бригады, а также части 92-й гвардейской и 375-й стрелковых дивизий. Второй отряд состоял из 53-го гвардейского танкового полка, 1-го гвардейского мотоциклетного полка, 689-го истребительно-противотанкового артполка и 678-го гаубично-артиллерийского полка.
Боевые действия главной группировки 5-й гвардейской танковой армии западнее Прохоровки начались в 8 ч 30 мин 12 июля наступлением 18-го и 29-го танковых корпусов. Поддержанные массированными ударами артиллерии и авиации, 18-й танковый корпус силами 181-й и 170-й танковых бригад нанес удар с северо-востока на совхоз «Октябрьский», а 29-й танковый корпус силами 32-й и 21-й бригад – с юго-востока. Сломив сопротивление контратакующих частей противника, бригады концентрическими ударами к 14 ч 00 мин этого дня овладели совхозом «Октябрьский».
В то время, когда шли бои за совхоз «Октябрьский», противник, в свою очередь, перешел в наступление на участке Красный Октябрь, Козловка. Прорвав оборону 52-й стрелковой дивизии, начал развивать наступление в северо-восточном направлении.
Для срыва этого наступления противника и охвата правого фланга его наступавших войск командующий 5-й танковой армией по приказу командующего фронтом направил 18-й танковый корпус в направлении Андреевка, Васильевка. Выделив вперед в качестве передового отряда 181-ю бригаду, 18-й корпус после овладения совхозом «Октябрьский» приступил к выполнению указанной задачи. Разгромив на своем пути отдельные танковые группы противника, главные силы корпуса к 17 ч 00 мин захватили Андреевку, а его передовой отряд (181-я бригада) с ходу атаковал двигавшуюся вражескую колонну танков из 40 машин и, разгромив ее, овладел Васильевкой. Успешным выполнением поставленной задачи 18-й танковый корпус вынудил наступавшие с рубежа Красный Октябрь, Козловка войска противника в районе высоты 226, Полежаев перейти к обороне. Важную роль в срыве этого наступления немцев сыграла также 95-я гвардейская стрелковая дивизия, упорно оборонявшая район Полежаев.
Дальнейшее продвижение 18-го танкового корпуса после овладения Андреевкой и Васильевкой было остановлено сильным огнем и контратаками танков противника. По приказу командующего армией корпус занял на достигнутом рубеже круговую оборону, расстреливая огнем с места контратакующие группы немецких танков. Общее продвижение 18-го танкового корпуса за 12 июля равнялось 3 км.
Действия 29-го танкового корпуса после овладения совхозом «Октябрьский» также свелись к отражению огнем с места неоднократных атак танков противника. Только его 53-я мехбригада нанесла удар на совхоз «Комсомолец», где и разгромила оборонявшиеся части противника. Однако после того, как противник дополнительно перебросил крупные силы к совхозу «Комсомолец», бригада отошла в исходное положение и совместно с главными силами корпуса вела в дальнейшем оборонительные действия.
Удар противника из района Рохавец на Прохоровку с юга был успешно отражен выделенными из состава 5-й танковой армии двумя отрядами.
Выдвинувшись в район Покровка, Авдеевка, правый отряд нанес контрудар с северо-запада и северо-востока на Рындинка, а левый отряд – на Ново-Хмелевое. Этим контрударом наступавшие войска противника не только были остановлены, но и отброшены с большими потерями в исходное положение за реку Северный Донец.
В ходе боев в районе Прохоровка в течение 12 июля противник потерял около 300 танков, 500 автомашин и свыше 4500 солдат и офицеров.
Встречное сражение, в котором с обеих сторон участвовало около 1500 танков и которое поддерживалось с воздуха таким же количеством самолетов, протекало с огромным напряжением и характеризовалось разнообразными действиями. На одних участках проводилось наступление с одновременным отражением контратак противника, на других – оборона с одновременным нанесением массированных контрударов по наступавшим вражеским войскам.
Встречное сражение, длившееся в течение одного дня – 12 июля, выиграла 5-я гвардейская танковая армия. Она нанесла врагу настолько серьезные потери, что он вынужден был отказаться от дальнейших попыток продолжать активные наступательные действия и перешел к обороне.
12 июля наступил кризис немецкого наступления. В этот день фашистское командование полностью отказалось от достижения своей основной цели – овладения Курском с юга. В этот же день перешли в наступление войска Западного и Брянского фронтов на орловском направлении.