Вечером 10 июля 1943 года командование Воронежского фронта получило приказ Ставки ВГК о проведении контрудара по группировке немецких войск, наступавшей на Прохоровском направлении. Для этой цели из состава резервного Степного фронта в состав Воронежского фронта были переданы 5-я гв. армия генерал-лейтенанта А. С. Жадова и 5-я гв. танковая армия генерал-лейтенанта танковых войск П. А. Ротмистрова. 5 гв. ТА была первой танковой армией однородного состава. Её формирование началось 10 февраля 1943 года, и к началу Курской битвы она дислоцировалась в районе Острогожска (Воронежская обл.). В состав армии входили 18 тк, 29 тк и 5 гв. мк.
6 июля в 23.00 был получен приказ, требовавший сосредоточения армии на правом берегу реки Оскол. В 23.15 передовой отряд армии уже начал движение, а спустя 45 минут тронулись с места и главные силы. Необходимо отметить безукоризненную организацию марша. По маршрутам движения колонн было запрещено встречное движение. Армия двигалась круглосуточно, с короткими привалами для заправки машин. Марш надёжно прикрывался зенитной артиллерией и авиацией, и благодаря этому остался не замеченным вражеской разведкой. За трое суток армия переместилась на 330–380 км. При этом почти не было случаев выхода боевых машин из строя по техническим причинам, что свидетельствует как о возросшей надёжности танков, так и о грамотном техническом обслуживании техники.
9 июля 5 гв. ТА сосредоточилась в районе Прохоровки. Предполагалось, что армия с двумя приданными ей танковыми корпусами — 2-м и 2-м гвардейским — в 10.00 12 июля нанесёт удар по немецким войскам и совместно с 5-й и 6-й гвардейскими общевойсковыми армиями и 1-й танковой армией уничтожит вклинившуюся на обоянском направлении группировку противника, не допустив её отхода на юг. Однако подготовка контрудара, начавшаяся 11 июля, была сорвана немцами, которые нанесли по нашей обороне два мощных удара: первый — в направлении Обояни, второй — на Прохоровку. В результате частичного отхода наших войск артиллерия, которой в контрударе отводилась значительная роль, понесла потери и на позициях развёртывания, и в движении к линии фронта.
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 гв. ТА. 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 гв. мк, танковая бригада 2 гв. тк и резерв 5 гв. ТА (танковый, мотоциклетный, истребительно-противотанковый и гаубичный полки). Эти силы, объединённые 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 в исходное положение.
12 июля в 8.30 главные силы немецких войск в составе моторизованных дивизий СС «Лейбштандарт Адольф Гитлер», «Рейх» и «Мёртвая 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 развёртыванию встречного танкового сражения, в котором с обеих сторон приняло участие около 1200 танков, причём средних и тяжёлых машин у противника было больше.
Несмотря на внезапность удара, советские танки были встречены сосредоточенным огнём противотанковой артиллерии и штурмовых орудий. Однако 18 тк 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 тяжёлых танков «Тигр», в течение нескольких часов вёл с ними встречный бой и к 18.00 перешёл к обороне.
29 тк в течение всего дня вёл манёвренный бой за высоту 252,5 с танками дивизии СС «Лейбштандарт Адольф Гитлер», но после 16.00 был потеснён подошедшими танками дивизии СС «Мёртвая голова», а с наступлением темноты также перешёл к обороне.
2 гв. тк, наступавший в направлении пос. Калинин, в 14.30 внезапно столкнулся с двигавшейся навстречу моторизованной дивизией СС «Рейх», которая отбросила его в исходное положение. 2 тк, прикрывавший стык между 2 гв. тк и 29 тк, смог несколько потеснить немецкие части, но, попав под огонь подтянутых из второго эшелона штурмовых и противотанковых орудий, понёс потери и остановился.