Накануне перехода противника в наступление на северном фасе Курской дуги в штаб дивизии поступило распоряжение командира 4-го артиллерийского корпуса прорыва генерала Н. В. Игнатова: 16-ю гвардейскую минометную бригаду срочно перебросить на левый фланг 13-й армии, в район Вторые Поныри, Ольховатка. Там противник наносил свой главный удар. Бригада должна поддержать боевые действия 17-го гвардейского стрелкового корпуса.
Через четыре часа бригада сосредоточилась в указанном районе, а спустя полтора часа противник перешел в наступление. Огневые позиции выбирали и занимали уже под сильным огнем вражеской артиллерии и ударами авиации...
Нелегко было воинам бригады, на вооружении которой находились установки М-30, отражать массированные атаки пехоты и танков. Ведь эти БМ предназначались для прорыва вражеской обороны — для поражения опорных пунктов и узлов сопротивления. Вести огонь по атакующим танкам и пехоте они не были приспособлены. Перенести огонь вслед за маневрирующей целью, снимая БМ с огневых позиций, считалось невозможным. Однако боевая обстановка потребовала... И гвардейцы-минометчики не допустили, чтобы их грозная боевая техника бездействовала в столь сложных условиях. Чтобы ускорить наведение, бойцы подбегали к установкам по 10 —15 человек и вручную переставляли тяжелые заряженные рамы вокруг оси.
Благодаря мастерству и мужеству гвардейцев огонь тяжелых реактивных установок М-30 на Курской дуге мощным заслоном встал на путях движения вражеских танков и мотопехоты.
Бои на левом фланге 13-й армии носили особенно ожесточенный характер. Здесь, в направлении Ольховатки, враг наносил свой главный удар. Сотни вражеских танков, в том числе «тигров», «пантер» и штурмовых орудий «фердинанд», атаковали нашу оборону, с воздуха их поддерживала авиация.
Во второй половине дня 5 июля ценою больших потерь врагу удалось вклиниться в оборону армии и на участке Первые Поныри — Степь выйти ко второй оборонительной полосе. 16-я бригада получила приказ: своими дивизионами поддержать действия 6-й, 70-й и 75-й гвардейских стрелковых дивизий. Дивизионы заняли огневые позиции. Укрывшись в окопах и щелях, бойцы из ручных пулеметов, карабинов и автоматов вели огонь по вражеской авиации. А затем танки противника двинулись в атаку на деревню Подсоборовка.
Как только вражеские цепи достигли рубежа подготовленного заградительного огня, дивизион капитана В. А. Пшеничного выпустил по врагу первые 280 тяжелых реактивных снарядов. Все заволокло облаками дыма и пыли. Через несколько минут на поле боя вырисовались контуры горевших танков и бронетранспортеров; вражеская пехота почти полностью была истреблена. Так гвардейцы-минометчики помогли воинам 6-й гвардейской стрелковой дивизии генерала Д. П. Онуприенко сорвать вражескую атаку в направлении Подсоборовки.
Более недели шли напряженные бои. Враг предпринимал отчаянные попытки прорвать вторую полосу нашей обороны, но каждый раз, встреченный организованным и сильным огнем пехоты, артиллерии, танков и ударами штурмовиков, терпел неудачи. Комбриг Вальченко умело руководил огнем бригады, вызывал огонь дивизионов по наиболее важным и уязвимым групповым целям противника. По его распоряжению от дивизионов были выделены специальные кочующие батареи и отдельные установки, которые не давали врагу покоя и ночью. Они вели огонь по районам сосредоточения вражеских войск, по исходным позициям для наступления, по узлам дорог и населенным пунктам, не давая возможности в спокойной обстановке производить перегруппировки войск. На восьмой день своего наступления враг выдохся и перешел к обороне. 16-я бригада за время оборонительных боев произвела по врагу 20 дивизионных и батарейных залпов, выпустила 2665 тяжелых реактивных снарядов, подбила и сожгла около 30 вражеских танков, 6 бронетранспортеров, 8 штурмовых орудий, уничтожила до 10 рот вражеской пехоты. Все три командира полков 6-й гвардейской стрелковой дивизии, которую поддерживала 16-я бригада, были удостоены звания Героя Советского Союза.
13 июля 5-я гвардейская минометная дивизия получила задачу подготовить три бригадных залпа по району Петровка, Павловка и Протасово. Для ее выполнения 16-я бригада вновь была переброшена с левого фланга армии в центр — в полосу 18-го гвардейского стрелкового корпуса, где действовали остальные две бригады дивизии. В 4 часа 15 минут 15 июля бригада вместе со своей дивизией произвела залп по врагу, после которого наши войска перешли в решительное контрнаступление. Впервые за время Курской битвы все бригады вели огонь одновременно. В течение трех дней упорных боев нашим войскам удалось полностью восстановить положение, существовавшее до перехода вражеских войск в наступление.
За умелое руководство огнем бригады в Курской битве полковник П. И. Вальченко приказом командующего войсками Центрального фронта был награжден четвертым орденом Красного Знамени.