Танки первого эшелона 18-го и 29-го корпусов, стреляя на ходу, врезались в боевые порядки противника, буквально пронзив их сквозной атакой. Вражеские танкисты, очевидно, не ожидали встретить здесь такую большую массу наших танков и такую решительную их атаку. Все смешалось. «Тигры» и «пантеры», лишенные в ближнем бою своего огневого преимущества, успешно поражались нашими Т-34 и даже Т-70. Поле сражения заволокло дымом и пылью. Танки наталкивались один на другой, слышался скрежет брони от мощных ударов. Ударяясь о броню, рикошетили снаряды, взрывы боекомплекта внутри машин отбрасывали в сторону танковые башни…
Советские танкисты бились насмерть, продолжая вести огонь даже из подбитых танков, раненые не покидали поля боя, расчеты противотанковых орудий бились до последнего снаряда, а потом переходили врукопашную…
Сражение утихло только с наступлением темноты. Но кругом, особенно густо на западе и юго-западе, багровели зарева пожарищ. Горели подожженная вызревающая пшеница, леса, горели металл и, казалось, сама земля.
А на следующее утро сражение возобновилось. Фашисты атаковали с упорством обреченных, особенно на флангах, пытаясь прорваться в тыл армии. Но гвардейцы-танкисты успешно отбивали эти атаки, а на некоторых участках и сами контратаковали противника. Ожесточенные бои в районе Прохоровки продолжались до 15 июля. К вечеру этого дня на всем фронте армии наступило затишье. Враг выдохся и, видимо, хоть и с запозданием, осознал бесплодность своих попыток прорваться на Курск.
Ночью Ротмистров был вызван на КП командующего фронтом. Генерал армии Ватутин, усталый, но, как всегда, приветливый, крепко пожал руку. Он коротко проинформировал об. обстановке — противник, потерпев неудачу и под Орлом, видимо, начнет отводить четвертую танковую армию и оперативную группу «Kampf» на рубежи, с которых они начали наступление. Надо не упустить этот момент, наседать на врага, бить его, как говорится, в хвост и в гриву. Это задача подвижных соединений — танковых и механизированных корпусов.
— Все правильно, товарищ командующий, — ответил Ротмистров. — Но у нас много разбитых машин. Восстанавливать начали еще 13 июля, делаем все возможное, но…
— Знаю, Павел Алексеевич, — мягко перебил командующий. — Эиаю, что армия нуждается в пополнении и отдыхе. Но надо танкистам еще раз надавить на противника.
И уже 17 июля 5-я гвардейская танковая армия перешла в наступление, погнала противника на запад. Затем, после пополнения и короткого отдыха, она приняла участие в контрнаступлении советских войск на Белгородско-Харьковском направлении, начавшемся 3 августа 1943 года. В этой операции армия, завершив начатый стрелковыми соединениями прорыв обороны противника, вышла на оперативный простор и за 5 дней с боями преодолела 100 километров, овладев Золочевом, что поставило под угрозу важнейшие коммуникации харьковской группировки врага. Это способствовало освобождению Харькова войсками Степного фронта. Павел Алексеевич считал эту операцию первым и очень поучительным опытом использования танковых армий новой организации в качестве эшелона развития успеха в составе подвижных групп войск фронта. Действия 5-й гвардейской танковой армии в оперативной глубине отличались стремительностью и высокой маневренностью, массированным применением танков. И поэтому, когда при очередной (третьей) встрече с Верховным Главнокомандующим тот спросил его: «Значит, наши танковые армии новой организации оправдали себя?» — Ротмистров твердо сказал, что убежден в правильности организационной структуры новых танковых армий. Они нуждаются лишь в более значительном усилении противотанковой и самоходной артиллерией, а также в надежном прикрытии с воздуха авиацией. Сталин поинтересовался затем, как показали себя в бою новые вражеские танки «тигр» и «пантера».
— Наши средние и тяжелые танки, — ответил Ротмистров, — могут успешно с ними бороться, если поставить на них новую пушку, равноценную восьмидесятивосьмимиллиметровой немецкой.
Верховный сказал, что скоро наши танки будут иметь пушку не хуже немецкой.
За успешные действия армии в контрнаступлении Ротмистров был награжден орденом Кутузова 1-й степени, а в октябре 1943 года ему было присвоено воинское звание генерал-полковника танковых войск.