Сражение началось атакой пикирующих бомбардировщиков Ю-87. Вскоре им навстречу вылетели «яки» и «ла» 2-й воздушной армии. Потом в небе появились советские бомбардировщики, но гул их моторов уже заглушал грохот артиллерийских снарядов и пронзительный вой залпов «катюш». Запылали пшеничные поля. Из леса на открытое пространство выползали машины II танкового корпус СС, и Ротмистров приказал своим танкам атаковать. Услышав троекратный сигнал «Сталь!», советские танки, которые до этого укрывались за холмами, на полной скорости устремились вперед. В приказе Ротмистров разъяснял танкистам, что победить «тигры» в бою можно только за счет численного превосходства и подойдя к ним на минимальное расстояние.

Оберштурмфюрер Рудольф фон Риббентроп, сын министра иностранных дел рейха, воевавший в составе 1-го танкового полка СС, так описал вид, открывавшийся из башни его «тигра»: «От увиденного я онемел. На расстоянии 150–200 метров передо мной из-за пригорка внезапно появились пятнадцать, потом тридцать, потом сорок танков. Дальше их уже было не сосчитать. Т-34 с пехотой на броне двигались к нам на неимоверной скорости».

Дальше сражение напоминало средневековую битву рыцарей в тяжелых латах. Ни артиллерия, ни авиация не могли помочь своим в этом смешении войск. Обе стороны потеряли контроль над происходящим. Танки стреляли прямой наводкой в упор. Когда взрывались боеприпасы и горючее, танковые башни взлетали в небо. Немецкие наводчики сначала целились в головной танк, потому что он один имел рацию, потом стремились попасть в круглый металлический бак с горючим, прикрепленный к корме танка.

«Они были вокруг нас, сверху нас и между нами. Мы дрались один на один», – писал унтерштурмфюрер 2-го мотопехотного полка. В хаосе, грохоте и дыму немцы потеряли имевшееся у них ранее преимущество в средствах связи, маневренности и мощи артиллерийских орудий “тигров”». «Было нечем дышать. Я ловил ртом воздух, а пот ручьями тек по лицу», – вспоминал советский танкист. Люди испытывали невероятное психологическое напряжение. «Мы каждую секунду ожидали смерти». Через пару часов перед глазами тех, кто выжил и продолжал сражаться, предстало незабываемое зрелище. «Некоторые танки протаранили друг друга, – писал советский солдат. – Металл горел». Место сражения было буквально забито горящей бронетехникой, над которой поднимались клубы черного маслянистого дыма.

Надежды Гота на то, что группа Kempf обойдет фланг 5-й гвардейской танковой армии Ротмистрова, не оправдались. На расстоянии девятнадцати километров до цели путь группе преградили резервы Ротмистрова. Казалось, что хорошие вести вот-вот придут с левого фланга, где дивизия СС Totenkopf должна была прорвать оборону 5-й гвардейской армии к северо-востоку от Прохоровки. Но и тут советское подкрепление прибыло вовремя и в самый последний момент укрепило линию обороны. Хотя XLVIII танковый корпус Кнобельсдорфа сумел отбить упреждающий удар Ватутина, этот незначительный успех пришел слишком поздно и не мог уже привести к перелому в ходе битвы.

Когда начало смеркаться и снова пошел сильный дождь, обе стороны отвели войска, чтобы пополнить боезапас и заправить баки. Санитары эвакуировали раненых, а ремонтно-восстановительные отряды провели всю ночь на поле битвы среди сотен искореженных и сожженных танков. Даже обычно не склонный к сантиментам Жуков был потрясен увиденным, когда через два дня приехал на место сражения.

Взятых в плен эсэсовцев расстреливали на месте, зная, что они точно так же поступают с советскими пленными. С мертвыми не церемонились. Молодой советский офицер писал: «По трупам немцев прошла техника. Они лежали штабелями, с планшетами и прочим барахлом. Я видел, как прямо по ним шли танки».

Только вечером Гот узнал, что к северу от Курской дуги Красная Армия начала операцию «Кутузов» по освобождению Орла. Еще не оправившаяся после тяжелых боев Девятая армия Моделя и Вторая танковая армия были поражены масштабностью наступления. В очередной раз германская разведка недооценила силы Красной Армии. 11-я гвардейская армия генерала Баграмяна нанесла удар в тыл армии Моделя и за два дня продвинулась вперед на шестнадцать километров. Развивая достигнутый успех, в наступление перешли 4-я танковая армия, 3-я гвардейская танковая армия и даже измученная боями 13-я армия.

13 июля Гитлер, крайне обеспокоенный успешной высадкой войск союзников на Сицилию тремя днями ранее, вызвал генерал-фельдмаршала фон Манштейна и генерал-фельдмаршала фон Клюге в Wolfsschanze на совещание. К этому времени Манштейн отдал приказ II танковому корпусу СС и оперативной группе Kempf возобновить наступление, но Гитлер объявил, что необходимо отвести часть войск с Восточного фронта, чтобы защитить Италию. Операция «Цитадель» была немедленно приостановлена. Гитлер подозревал, что итальянцы не будут сражаться за Сицилию, а это означало опасность оккупации Италии англо-американцами.

Однако Манштейн, уверенный в поддержке Гота, хотел продолжить сражение хотя бы для того, чтобы стабилизировать линию фронта. В некоторых местах все еще продолжались ожесточенные бои. Группа Kempf наконец соединилась с войсками Гота, но 17 июля штаб OKW отдал приказ отвести II танковый корпус СС с линии фронта и передислоцировать его в Западную Европу. Хотя высадка союзников на Сицилии и не была открытием Второго фронта, которого с таким нетерпением ожидал Сталин, она имела свой положительный эффект. В этот же день советские Западный и Южный фронты предприняли совместное наступление вдоль рек Донец и Миус в направлении Азовского моря. Частично этот маневр был рассчитан на то, чтобы отвлечь немецкие силы от Харькова, освобождение которого стало основной целью советского командования.