雙方的第一輪的坦克對撞連續的持續了幾個小時。儘管損失嚴重，但是蘇聯軍隊還是義無反顧的衝擊著德軍的正面陣地。當蘇軍的智慧,決定將他們的第梯隊坦克投入進攻的時候。戰場的態勢還是對德國人有利。但是很快，德國人的防線在蘇軍的連續不斷的進攻下出現了漏洞。隸屬於預備隊方面軍擔任蘇軍機動總預備隊的第29和近衛第18坦克旅下轄的100多輛坦克也投入進攻。戰場的局勢逐漸發生了逆轉。接近中午時，蘇聯紅軍的這種類似於浪潮打法的持續的坦克的連續攻擊終於開始奏效了。從中午的11時-12時這段時間，蘇第18、29坦克旅各部隊先後從「奧克恰布裡斯基」農場附近闖入德軍縱深。
近衛近衛第18坦克旅第170近衛坦克營突入「維京」裝甲擲彈兵師裝甲偵察營薄弱的陣地，從而徹底的打開了」維京」裝甲擲彈兵師左翼。而為了擴大戰果，旅長巴哈羅夫投入了他的預備隊——坦克第110營。摩托化步兵第32營和近衛坦克第36營三連（該連裝備了20輛英國援助的MK4「丘吉爾」重型坦克）則負責掩護進攻部隊的右翼。
到了當天的午後，蘇聯紅軍的近衛第18坦克旅繼續展開猛烈的進攻。在得到了第36近衛坦克營的強力支援後，第181坦克團、第170坦克營地主力部隊開始沿著高速公路衝入了安德列耶夫卡。2個紅軍坦克旅繼續乘勝前進。他們的推進嚴重威脅著」維京」裝甲擲彈兵師和「骷髏」師的接合部後方地瓦希里耶夫卡。
而為了防止後方被蘇軍切斷，德國人迅速的做出回應。負責整個戰線側翼的武裝黨衛隊第四「骷髏」裝甲擲彈兵師迅速的派出自己下屬的SS504「虎」式重型坦克營。該營在師屬火炮地兇猛的炮火配合下向對方的突破口發起猛烈的反擊。而那些埋設在掩體內地德軍強擊火炮和自行火炮也開始集中火力摧毀蘇聯坦克。而在德軍強大壓力下，蘇聯紅軍近衛第18坦克旅地裝甲部隊雖然曾經一度衝入了瓦希里耶夫卡村，但是隨後就被德軍的裝甲部隊給擊退。其中SS504營第三連的連長卡爾西塞上尉大發神威。一個車組就擊毀了蘇軍13輛坦克。從而獲得騎士十字勳章。在S104重裝營的強力的壓迫下。蘇軍的近衛第18坦克旅和他的友鄰部隊一道被迫退向安德列耶夫卡。18時。紅軍坦克第18旅的進攻全線停止，他們全天只向前推進了約1公里。
而在同一時段，在紅軍第2坦克旅攻擊下的德軍右側防線，蘇第31、32坦克營再度向黨衛軍第五裝甲團防守地「奧克恰布裡斯基地發動猛攻。按照該地區德國官方的記錄，在11時20分（德國時間9時2輛紅軍坦克攻擊」維京」裝甲擲彈兵師裝甲群的右翼；而另外一部分蘇軍坦克約4輛紅軍坦克從奧克恰布裡斯基農場處東南公里處的道路交匯點向德軍發起深層次的進攻。而這些坦克得到了蘇軍猛烈而又準確地炮火支援，而且這些坦克地車速極快！他們曾經一度逼近到德第6坦克連只有220米內，蘇聯坦克一舉摧毀了其7輛號坦克中的輛。德軍剩餘地輛中型坦克開始後退，並將紅軍引誘到德第坦克營（下屬第5-8坦克連）主力擁有的33輛坦克面前。在接下來的戰鬥中。德國人包圍了冒進的蘇聯坦克。並宣稱他們的第次齊射就幹掉了19輛！總的戰果據說為60多輛！。
而而在地南側，紅軍第53摩托化步兵旅於11時攻至「斯大林斯克」國營農場。該旅還推進到了鐵路線北側的「奧克恰布裡斯基」，並開始向南突破。在蘇軍第53摩托化步兵突擊旅（這個旅實際上是由戰鬥工兵、突擊部隊。敢死隊和精銳步兵組成的一直突擊小分隊擔任衝擊的最前端的箭頭。）的配合下，遭德軍空襲和地面打擊後坦克所剩不多的第31坦克旅，終於從兩處衝入」維京」裝甲擲彈兵師裝甲偵察營陣地。大約11時左右，4輛T-34坦克衝入德軍後方的第8炮兵連陣地，並成功的摧毀了2門105毫米火炮。而且這些蘇聯坦克還衝到了地和共青團農場附近，前者是德」維京」裝甲擲彈兵師前進指揮部的所在。
不多面對蘇聯人的攻勢，德軍火速的回應。調動包括第3強擊火炮連在內的部隊發起猛烈反擊。此時，紅軍已是強弩之末，衝入德軍後方的少量坦克很快被對方的步兵和炮火所消滅。15時40分，第31坦克旅遭到德軍的反擊後停止了進攻。一天下來，該旅損失了24輛T-34坦克,20輛T-70坦克。傷亡62人。
紅軍第32坦克旅則傾力攻擊地及其附近地區。截至中午。紅軍第32坦克旅第1坦克營被德黨衛軍坦克團包圍並殲滅。其第2坦克營則逐漸克服了德軍第2裝甲步兵團在鐵路線附近的抵抗，並在空降兵和第25坦克旅配合下。於13時攻佔地。但德軍以不斷的反擊和空襲阻止了蘇軍，並迫使其轉入防禦。
此時戰場形勢已經對德方不利：其絕對的主力部隊「維京」裝甲擲彈兵師所下屬的裝甲團到了中午就僅剩下約40多輛可用的坦克（其他的坦克大部分都被擊毀或者擊傷）佔整個裝甲部隊的四分之一左右，更要命的是。他們的彈藥已經基本耗盡，而那些幾乎一天沒有離開坦克的士兵們更是疲憊不堪，很多人已經再也無力支撐下去。而為了避免全軍覆沒，第五裝甲團只得和配合行動的裝甲擲彈兵營一道放棄了「奧克恰布裡斯基」的主陣地，將它交給了後續跟上的第1裝甲師。其主力部隊開始撤約1公里並且開始休整。截至日終，紅軍第29坦克旅得以推進0.5公里左右。
當」維京」裝甲擲彈兵師在普羅霍羅夫卡西南遭受紅軍猛攻的同時，其兩翼也發生了戰鬥。「帝國」師防守的右翼，上午1點，紅軍近衛第2坦克軍發動進攻，但在中午時分被德軍空襲和火箭炮所阻止。15時，「帝國」師發動反擊，將蘇軍擊退了2-5公里。紅軍近衛第2坦克旅以及第12坦克旅遭受嚴重打擊，他們共損失85輛坦克（44輛徹底損失）
德軍左翼的「骷髏」師當天除了協助「維京」裝甲擲彈兵師師擊退紅軍坦克突擊外，還以第3裝甲團、第6裝甲步兵團兵力，以大量坦克和摩托車為前導，企圖從西北面繞過普羅霍羅夫卡，卻遭到蘇軍第95、52、42近衛步兵師的頑強抵抗。其中紅軍第95近衛步兵師第233近衛炮兵團，在進行中遭遇了德軍坦克和摩托車縱隊的襲擊，幾乎全部陣亡。
紅軍第5近衛坦克集團軍隨後投入了預備隊：第5近衛機械化軍第10近衛機械化旅，第24近衛坦克旅，共計105輛坦克。在紅軍裝甲援兵抵抗下，6月13日，「骷髏」師最終也停止了進攻。該師損失很大，其可用戰車從6月11日的121輛下降為6月13日的74輛，減少了4日還有10輛「虎」式坦克可用，到13日則1輛都沒有了。
在普羅霍羅夫卡6月12日的戰鬥中，德軍」維京」師宣稱摧毀了192輛蘇聯坦克，「帝國」師宣稱繳獲了100輛，「骷髏」師6日，黨衛軍第2裝甲軍又宣稱消滅144輛蘇聯坦克。這些數字固然頗有些水分，但紅軍的大量坦克遭到摧毀卻是事實。
根據華西列夫斯基6月14日點47分報告，在12-13日，蘇第29坦克旅被擊毀和暫時失去活動能力的坦克高達60%，而第18坦克軍為30%。機械化第5軍損失較小。
其中，第29坦克旅（可能包括一些加強部隊）具體損失為：T-34坦克95輛、T-70坦克36輛、SU-122自行火炮10輛、SU-76自行火炮9輛。合計150輛，包括徹底損失117輛。
第18坦克軍損失45輛，其第170和181坦克旅損失較大。2個坦克軍人員傷亡為374人。包括48人戰死，321人受傷，5人失蹤。蘇軍參戰部隊中，第31、25坦克旅一共損失坦克94輛，損失人員129人。按這個數字計算，每三個受損蘇聯坦克的成員中，就有超過一人死亡或受傷。連同第2坦克軍和第2近衛坦克軍，蘇軍在12-13日的普羅霍羅夫卡坦克遭遇戰中，一共損失了約280輛坦克和自行火炮，其中超過180輛徹底損失。由於消耗太大，第5近衛坦克集團軍此後的行動變得相當謹慎。第18和第29坦克旅實際上轉入了防禦。