Рано утром 12 июля из-за нанесения немцами удара в полосе 69-й армии возникла угроза левому флангу разворачивавшихся юго-западнее Прохоровки главных сил 5-й гвардейской танковой армии. Это 6-я и 19-я танковые дивизии (около 200 танков) из 3-го танкового корпуса противника перешли в наступление из района Мелехово на Ржавец. В связи с этим в полосу 69-й армии были выдвинуты две бригады 5-го гвардейского мехкорпуса, танковая бригада 2-го гвардейского танкового корпуса и резерв 5-й гвардейской танковой армии (танковый, мотоциклетный, истребительно-противотанковый и гаубичный полки). Эти силы, объединенные в группу под командованием генерал-майора К.Г.Труфанова (около 100 машин, в том числе 71 Т-34), не только приостановили продвижение врага на север, но и почти полностью отбросили его на исходные позиции.
12 июля в 8.30 главные силы немецких войск в составе моторизованных дивизий СС «Лейбштандарт Адольф Гитлер», «Рейх» и «Мертвая голова», насчитывавших до 500 танков и штурмовых орудий, включая 42 «тигра», перешли в наступление в направлении станции Прохоровка. В то же самое время, после 15-минутной артподготовки немецкая группировка была атакована основными силами 5-й гвардейской танковой армии, что привело к развертыванию встречного танкового сражения, в котором с обеих сторон приняло участие около 1200 танков, причем средних и тяжелых машин у противника было больше.
Несмотря на внезапность удара, советские танки были встречены сосредоточенным огнем противотанковой артиллерии и штурмовых орудий. Однако 18-й танковый корпус на большой скорости прорвался в совхоз Октябрьский и, несмотря на большие потери, захватил его. При дальнейшем продвижении он встретил танковую группировку противника, в которой было 15 тяжелых танков «тигр», в течение нескольких часов вел с ними встречный бой и к 18.00 перешел к обороне.29-й танковый корпус в течение всего дня вел маневренный бой за высоту 252,5 с танками дивизии СС «Лейбштандарт Адольф Гитлер», но после 16.00 был потеснен подошедшими танками дивизии СС «Мертвая голова», а с наступлением темноты также перешел к обороне.
2-й гвардейский танковый корпус, наступавший в направлении пос.Калинин, в 14.30 внезапно столкнулся с двигавшейся навстречу моторизованной дивизией СС «Рейх», которая отбросила его на исходные позиции. 2-й танковый корпус, прикрывавший стык между 2-м гвардейским и 29-м танковыми корпусами, смог несколько потеснить немецкие части, но, попав под огонь подтянутых из второго эшелона штурмовых и противотанковых орудий, понес потери и остановился.