Общепринята дата сражения — 12 июля 1943 года, но это был лишь самый накаленный и драматичный день именно танковой встречной битвы, начало же противостояния за Прохоровку — 11 июля.
Первое столкновение в районе Прохоровки произошло вечером 11 июля. В 8 утра следующего дня советская сторона провела артподготовку и в 8:15 перешла в наступление. В начале сражения советские танкисты получили некоторое преимущество: восходящее солнце слепило наступавших с запада немцев. Очень скоро боевые порядки смешались. Высокая плотность боя, в ходе которого танки сражались на коротких дистанциях, лишила немцев преимущества более мощных и дальнобойных пушек. Советские танкисты получили возможность прицельно бить в наиболее уязвимые места тяжело бронированных немецких машин.
Когда советские танки во время контратаки вышли на дистанцию прямого выстрела своих орудий и их встретили плотным огнём противотанковые орудия немцев. Южнее основного сражения наступала немецкая танковая группа «Кемпф», которая стремилась зайти наступающей советской группировке в левый фланг. Угроза охвата заставила советское командование отвлечь на это направление часть своих резервов.
Около 13 часов немцы вывели из резерва 11-ю танковую дивизию, которая совместно с дивизией «Мёртвая голова» нанесла удар по советскому правому флангу, на котором находились силы 5 гвардейской армии. Им на подмогу были брошены две бригады 5 гвардейского мехкорпуса и атака была отбита.
К 14 часам советские танковые армии стали теснить противника в западном направлении. К вечеру советские танкисты смогли продвинуться на 10—12 километров, оставив, таким образом, поле сражения у себя в тылу.
По итогам сражения ни одной из сторон не удалось достичь целей, поставленных на 12 июля: немцам не удалось захватить Прохоровку, прорвать оборону советских войск и выйти на оперативный простор, а советским войскам не удалось окружить группировку противника.
