Трудности развёртывания артиллерийских частей и соединений заключались, прежде всего, в том, что маневр приходилось производить в ходе непрекращающихся боёв. Некоторая часть артиллерии во время марша на новые позиции попала под удар немецкой авиации. Тем временем зенитные части по приказу Варенцова плотно прикрыли районы сосредоточения армий Ротмистрова и Жадова.
Вся пушечная артиллерия была выдвинута на огневые позиции переднего края, чтобы стрелять по немецким танкам прямой наводкой. В ночь на 12 июля по приказу Варенцова на позиции 5-й гвардейской танковой армии была переброшена часть артиллерии 69-й армии. Сюда же подошла фронтовая артиллерийская группа в составе 27-й пушечной артиллерийской бригады, 552-го и 1148-го гаубичных артиллерийских полков большой мощности. Все расчёты были готовы вести огонь и с закрытых позиций, и прямой наводкой.
В своих мемуарах П. А. Ротмистров пишет, что у артиллеристов не было времени и возможности для проведения разведки и определения целей и районов сосредоточения танков и живой силы противника, а потому первые залпы были произведены по площадям. А затем началась борьба с танками. Истребительно-противотанковые полки и бригады, отдельные расчёты дрались самоотверженно и в то же время расчётливо. У многих батарейцев за плечами был опыт не одного боя. Перед сражением во всех батареях, как клятва, прозвучал призыв: «Умрём на лафетах, но врага не пропустим!»
Ю. Б. Рипенко пишет: «Учитывая особый характер действий 5-й гвардейской танковой армии против крупной танковой группировки противника, генерал С. С. Варенцов приказал всю без исключения пушечную артиллерию, которая имелась в армии, выдвинуть на открытые огневые позиции для стрельбы по танкам прямой наводкой. Командующий артиллерией фронта стремился к наиболее эффективному применению артиллерии танковых армий. И добивался этого следующим образом. В наступлении орудия двигались рядом с танками, маневрируя огнём и колёсами. Если выходил из строя тягач, орудия прицепляли к любой машине — штабной, связной, к грузовику с боеприпасами. Лишь бы орудия не отставали от танков. Когда бой затяжной и танки продвигаются медленно или бьют с места, то орудие независимо от его калибра находится рядом с боевыми машинами. О том, чтобы отвести их на закрытые огневые позиции и управлять огнём с наблюдательных пунктов, и речи быть не могло. Пока артиллерия там развернётся и приготовится к бою, танки уйдут далеко и в нужный момент боя останутся без артиллерийской поддержки. Конечно, вести огонь с открытых огневых позиций тяжело и опасно, расчёты несут немалые потери, но другого выхода нет. И артиллеристы совершают чудеса самоотверженности, лишь бы помочь танкам. В свою очередь, танкисты делают всё, чтобы выручить своих верных боевых друзей, прикрыть их от вражеского огня».
Двенадцатого июля в 8.30 артиллерия, сосредоточенная в районе Прохоровки, провела 15-минутный огневой налёт с нарастающей плотностью. Работа артиллерии была такой интенсивности, что над полем стоял сплошной гул и рёв, а над немецкими позициями долго не опадала сплошная стена дыма и огня. После огневого налёта вперёд пошли танковые корпуса. Ни одна из сторон, столкнувшихся на Прохоровском поле, не выполнила поставленных задач.
После перегруппировки войска Воронежского фронта перешли в наступление. Наступление — не оборона, для эффективного действия артиллерии, когда огневые должны постоянно перемещаться вместе с пехотой и танками, нужны другие приёмы действия. Уже после войны, обобщая опыт действия артиллерии в крупнейших операциях Великой Отечественной войны, главный маршал артиллерии С. С. Варенцов писал: «Действия артиллерии, привлекавшиеся к обеспечению подвижных групп войск, во многом зависели от времени ввода подвижных групп. Если ввод в прорыв подвижных групп осуществлялся в первый день операции, то эти условия в значительной мере облегчали действия артиллерии, так как она могла вести огонь с основных огневых позиций, находясь в прежней группировке. Вместе с тем огонь артиллерии производился в большинстве случаев по заранее разведанным целям в обороне противника. Огромное значение приобретало и то обстоятельство, что артиллерия могла использовать заранее подготовленную систему управления. Если же танковые армии и подвижные группы войск вводились в прорыв значительно позже, то действия артиллерии заметно усложнялись. В этих случаях требовались перегруппировка значительной части артиллерии, организация разведки и управления артиллерией и её огнём, а также надёжное взаимодействие артиллерии с войсками, вводимыми в прорыв. В связи с тем, что наступление танковых армий и подвижных групп войск проходило в большинстве операций в высоком темпе, особое значение приобретала гибкость в управлении артиллерией и надёжная связь».