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双方的第一轮的坦克对撞连续的持续了几个小时。尽管损失严重，但是苏联军队还是义无反顾的冲击着德军的正面阵地。当苏军的智慧，决定将他们的第梯队坦克投入进攻的时候。战场的态势还是对德国人有利。但是很快，德国人的防线在苏军的连续不断的进攻下出现了漏洞。隶属于预备队方面军担任苏军机动总预备队的第29和近卫第18坦克旅下辖的100多辆坦克也投入进攻。战场的局势逐渐发生了逆转。接近中午时，苏联红军的这种类似于浪潮打法的持续的坦克的连续攻击终于开始奏效了。从中午的11时-12时这段时间，苏第18、29坦克旅各部队先后从“奥克恰布里斯基”农场附近闯入德军纵深。
近卫近卫第18坦克旅第170近卫坦克营突入“维京”装甲掷弹兵师装甲侦察营薄弱的阵地，从而彻底的打开了”维京”装甲掷弹兵师左翼。而为了扩大战果，旅长巴哈罗夫投入了他的预备队坦克第110营。摩托化步兵第32营和近卫坦克第36营三连（该连装备了20辆英国援助的mk4“丘吉尔”重型坦克）则负责掩护进攻部队的右翼。
到了当天的午后，苏联红军的近卫第18坦克旅继续展开猛烈的进攻。在得到了第36近卫坦克营的强力支援后，第181坦克团、第170坦克营地主力部队开始沿着高速公路冲入了安德列耶夫卡。2个红军坦克旅继续乘胜前进。他们的推进严重威胁着”维京”装甲掷弹兵师和“骷髅”师的接合部后方地瓦希里耶夫卡。
而为了防止后方被苏军切断，德国人迅速的做出回应。负责整个战线侧翼的武装党卫队第四“骷髅”装甲掷弹兵师迅速的派出自己下属的ss504“虎”式重型坦克营。该营在师属火炮地凶猛的炮火配合下向对方的突破口发起猛烈的反击。而那些埋设在掩体内地德军强击火炮和自行火炮也开始集中火力摧毁苏联坦克。而在德军强大压力下，苏联红军近卫第18坦克旅地装甲部队虽然曾经一度冲入了瓦希里耶夫卡村，但是随后就被德军的装甲部队给击退。其中ss504营第三连的连长卡尔西塞上尉大发神威。一个车组就击毁了苏军13辆坦克。从而获得骑士十字勋章。在s104重装营的强力的压迫下。苏军的近卫第18坦克旅和他的友邻部队一道被迫退向安德列耶夫卡。18时。红军坦克第18旅的进攻全线停止，他们全天只向前推进了约1公里。
而在同一时段，在红军第2坦克旅攻击下的德军右侧防线，苏第31、32坦克营再度向党卫军第五装甲团防守地“奥克恰布里斯基”和252。2高地发动猛攻。按照该地区德国官方的记录，在11时20分（德国时间9时20分）。35辆红军坦克攻击”维京”装甲掷弹兵师装甲群的右翼；而另外一部分苏军坦克约4辆红军坦克从奥克恰布里斯基农场处东南公里处的道路交汇点向德军发起深层次的进攻。而这些坦克得到了苏军猛烈而又准确地炮火支援，而且这些坦克地车速极快！他们曾经一度逼近到德第6坦克连只有220米内，苏联坦克一举摧毁了其7辆号坦克中的辆。德军剩余地辆中型坦克开始后退，并将红军引诱到德第坦克营（下属第5-8坦克连）主力拥有的33辆坦克面前。在接下来的战斗中。德国人包围了冒进的苏联坦克。并宣称他们的第次齐射就干掉了19辆！总的战果据说为60多辆！。
而而在252。2高地南侧，红军第53摩托化步兵旅于11时攻至“斯大林斯克”国营农场。该旅还推进到了铁路线北侧的“奥克恰布里斯基”并开始向南突破。在苏军第53摩托化步兵突击旅（这个旅实际上是由战斗工兵、突击部队。敢死队和精锐步兵组成的一直突击小分队担任冲击的最前端的箭头。）的配合下，遭德军空袭和地面打击后坦克所剩不多的第31坦克旅，终于从两处冲入”维京”装甲掷弹兵师装甲侦察营阵地。大约11时左右，4辆t-34坦克冲入德军后方的第8炮兵连阵地，并成功的摧毁了2门105毫米火炮。而且这些苏联坦克还冲到了241。6高地和共青团农场附近，前者是德”维京”装甲掷弹兵师前进指挥部的所在。
不多面对苏联人的攻势，德军火速的回应。调动包括第3强击火炮连在内的部队发起猛烈反击。此时，红军已是强弩之末，冲入德军后方的少量坦克很快被对方的步兵和炮火所消灭。15时40分，第31坦克旅遭到德军的反击后停止了进攻。一天下来，该旅损失了24辆t-34坦克，20辆t-70坦克。伤亡62人。
红军第32坦克旅则倾力攻击252。2高地及其附近地区。截至中午。红军第32坦克旅第1坦克营被德党卫军坦克团包围并歼灭。其第2坦克营则逐渐克服了德军第2装甲步兵团在铁路线附近的抵抗，并在空降兵和第25坦克旅配合下。于13时攻占252。2高地。但德军以不断的反击和空袭阻止了苏军，并迫使其转入防御。
此时战场形势已经对德方不利：其绝对的主力部队“维京”装甲掷弹兵师所下属的装甲团到了中午就仅剩下约40多辆可用的坦克（其他的坦克大部分都被击毁或者击伤）占整个装甲部队的四分之一左右，更要命的是。他们的弹药已经基本耗尽，而那些几乎一天没有离开坦克的士兵们更是疲惫不堪，很多人已经再也无力支撑下去。而为了避免全军覆没，第五装甲团只得和配合行动的装甲掷弹兵营一道放弃了“奥克恰布里斯基”的主阵地，将它交给了后续跟上的第1装甲师。其主力部队开始撤约1公里并且开始休整。截至日终，红军第29坦克旅得以推进0。5公里左右。
当”维京”装甲掷弹兵师在普罗霍罗夫卡西南遭受红军猛攻的同时，其两翼也发生了战斗。“帝国”师防守的右翼，上午1点，红军近卫第2坦克军发动进攻，但在中午时分被德军空袭和火箭炮所阻止。15时“帝国”师发动反击，将苏军击退了2-5公里。红军近卫第2坦克旅以及第12坦克旅遭受严重打击，他们共损失85辆坦克（44辆彻底损失）
德军左翼的“骷髅”师当天除了协助“维京”装甲掷弹兵师师击退红军坦克突击外，还以第3装甲团、第6装甲步兵团兵力，以大量坦克和摩托车为前导，企图从西北面绕过普罗霍罗夫卡，却遭到苏军第95、52、42近卫步兵师的顽强抵抗。其中红军第95近卫步兵师第233近卫炮兵团，在进行中遭遇了德军坦克和摩托车纵队的袭击，几乎全部阵亡。
红军第5近卫坦克集团军随后投入了预备队：第5近卫机械化军第10近卫机械化旅，第24近卫坦克旅，共计105辆坦克。在红军装甲援兵抵抗下，6月13日“骷髅”师最终也停止了进攻。该师损失很大，其可用战车从6月11日的121辆下降为6月13日的74辆，减少了47辆。11日还有10辆“虎”式坦克可用，到13日则1辆都没有了。
在普罗霍罗夫卡6月12日的战斗中，德军”维京”师宣称摧毁了192辆苏联坦克“帝国”师宣称缴获了100辆“骷髅”师61辆。6月13日，党卫军第2装甲军又宣称消灭144辆苏联坦克。这些数字固然颇有些水分，但红军的大量坦克遭到摧毁却是事实。
根据华西列夫斯基6月14日点47分报告，在12-13日，苏第29坦克旅被击毁和暂时失去活动能力的坦克高达60%，而第18坦克军为30%。机械化第5军损失较小。
其中，第29坦克旅（可能包括一些加强部队）具体损失为：t-34坦克95辆、t-70坦克36辆、su-122自行火炮10辆、su-76自行火炮9辆。合计150辆，包括彻底损失117辆。
第18坦克军损失45辆，其第170和181坦克旅损失较大。2个坦克军人员伤亡为374人。包括48人战死，321人受伤，5人失踪。苏军参战部队中，第31、25坦克旅一共损失坦克94辆，损失人员129人。按这个数字计算，每三个受损苏联坦克的成员中，就有超过一人死亡或受伤。连同第2坦克军和第2近卫坦克军，苏军在12-13日的普罗霍罗夫卡坦克遭遇战中，一共损失了约280辆坦克和自行火炮，其中超过180辆彻底损失。由于消耗太大，第5近卫坦克集团军此后的行动变得相当谨慎。第18和第29坦克旅实际上转入了防御。