Генерал Ротмистров решил главный удар нанести силами 18-го, 29-го и 2-го гвардейского Тацинского танковых корпусов вдоль железной и шоссейной дорог и далее на Покровку и Яковлево. 18-му танковому корпусу предстояло ударом вдоль р. Псел уничтожить противника в Красной Дубраве, Больших Маячках, Красной Поляне, а в дальнейшем, повернувшись фронтом на север, обеспечить наступление остальных сил армии в южном направлении. 29-му танковому корпусу предписывалось ударом вдоль железной дороги уничтожить противника в районе Лучки, Большие Маячки, Покровка и быть в готовности в дальнейшем к действиям в южном направлении. 2-й гвардейский Тацинский танковый корпус получил задачу ударом на Калинин, Лучки уничтожить противника в районе Яковлево, лес восточнее, а затем быть в готовности действовать в южном направлении. 2-му танковому корпусу предписывалось, оставаясь на занимаемых позициях, прикрывать выход армии на рубеж ввода в сражение, а с началом атаки поддержать танковые корпуса всеми своими огневыми средствами. В резерв командарма выделялись: 5-й гвардейский Зимовниковский механизированный корпус; отряд генерал-майора К.Г. Труфанова (1-й гвардейский мотоциклетный, 53-й гвардейский тяжелый танковый, 57-й гаубичный артиллерийский, 689-й истребительно-противотанковый артиллерийский полки).

К трем часам утра 12 июля войска 5-й гвардейской танковой армии и дивизии 33-го гвардейского стрелкового корпуса заняли исходные позиции для перехода в атаку. «Уже было подписано и отправлено боевое донесение о том, что армия заняла исходное положение для контрудара и готова к выполнению поставленной задачи. Но в четыре часа утра, – вспоминал П.А. Ротмистров, – последовало приказание командующего фронтом генерала армии Н.Ф. Ватутина срочно направить мой резерв в полосу 69-й армии. Оказалось, что противник вводом в сражение главных сил 3-го танкового корпуса оперативной группы «Кемпф» отбросил части 81-й и 92-й гвардейских стрелковых дивизий и овладел населенными пунктами Ржавец, Рындинка, Выползовка. В случае дальнейшего продвижения подвижных частей врага на север создавалась не только угроза левому флангу и тылу 5-й гвардейской танковой армии, но и нарушалась устойчивость всех войск левого крыла Воронежского фронта»[716]. В этой связи генерал Ротмистров приказал командиру сводного отряда генералу Труфанову форсированным маршем выдвинуться в полосу 69-й армии в район прорыва и «совместно с ее войсками остановить танки врага, не допуская их продвижения в северном направлении»[717].

К шести часам утра стало известно, что 3-й танковый корпус противника продолжает продвижение и находится в 28 км юго-восточнее Прохоровки. По распоряжению представителя Ставки маршала Василевского командующий 5-й гвардейской танковой армией приказал командиру 5-го гвардейского Зимовниковского механизированного корпуса направить из района Красное 11-ю и 12-ю механизированные бригады для усиления сводного отряда генерала Труфанова. Командир 2-го гвардейского Тацинского танкового корпуса получил задание развернуть 26-ю танковую бригаду в районе Плота фронтом на юг и прикрыть левый фланг армии. Вскоре командующий Воронежским фронтом приказал объединить все эти части под командованием генерала Труфанова в оперативную группу с задачей: совместно с 81-й и 92-й гвардейскими стрелковыми дивизиями и 96-й танковой бригадой 69-й армии генерала В.Д. Крюченкина «окружить и уничтожить противника в районе Рындинка, Ржавец и к исходу дня выйти на рубеж Шахово – Щелканово»[718].

В результате произошло распыление сил 5-й гвардейской танковой армии, а генерал Ротмистров лишился своего мощного резерва. В 5-м гвардейском Зимовниковском механизированном корпусе остались две из четырех бригад: 24-я танковая и 10-я механизированная.

В 8 часов 30 минут 12 июля, после авиационной и артиллерийской подготовки, войска 6-й и 5-й гвардейских армий, 1-й и 5-й гвардейской танковых армий перешли в наступление. На направлении главного удара на участке совхоз Октябрьский, Ямки действовал наиболее сильный по своему составу 29-й танковый корпус 5-й гвардейской танковой армии. Правее, между р. Псел и совхозом Октябрьский, продвигался ее 18-й танковый корпус, а левее – 2-й гвардейский Тацинский танковый корпус. На направлении главного удара также были задействованы 42-я гвардейская стрелковая и 9-я гвардейская воздушно-десантная дивизии. В этой связи не совсем корректно высказывание П.А. Ротмистрова о том, что в этом небывалом по размаху танковом сражении «в боевых порядках танков на направлении главного удара пехоты почти не было ни с той, ни с этой стороны»[719].

Одновременно в наступление перешла и ударная группировка врага. Началось крупное встречное танковое сражение, в котором с обеих сторон участвовало 1160 танков и самоходных (штурмовых) орудий (с советской стороны – 670, со стороны противника – 490)[720]. В «Отчете о боевых действиях 5 гв. ТА в период 7 по 27.7.43 г.» отмечалось, что «развернулось необычное по своим масштабам танковое сражение, в котором на узком участке фронта с обеих сторон участвовало более 1500 танков»[721].

Встречное танковое сражение характеризовалось частым и резким изменением обстановки, активностью, решительностью и большим разнообразием форм и способов боевых действий. На одних направлениях развернулись встречные бои, на других – оборонительные действия в сочетании с контратаками, на третьих – наступление с отражением контратак.

Части 18-го танкового корпуса генерала Б.С. Бахарова, сломив ожесточенное сопротивление противника, к вечеру 12 июля продвинулись всего на 3–4 км, потеряв 55 танков. Командир корпуса принял решение отказаться от дальнейших бесплодных атак и перейти к обороне. Возможно, поэтому генерал Бахаров приказом наркома обороны Сталина от 25 июля был освобожден от должности и назначен заместителем командира 9-го танкового корпуса.

29-й танковый корпус под командованием генерала И.Ф. Кириченко также преодолел сопротивление противника и к исходу дня продвинулся на 1,5 км. Противник был вынужден отойти в район Грезное. При этом корпус, имевший 212 танков и САУ, потерял 150 машин. 2-й гвардейский Тацинский танковый корпус перешел в атаку в 10 часов утра, сбил прикрытие противника и начал медленно продвигаться в направлении Ясной Поляны. Однако противник, создав превосходство в силах и средствах, остановил части корпуса, а на отдельных участках и потеснил их. Из 94 танков, участвовавших в наступлении, противник уничтожил 54. Части сводного отряда генерала Труфанова сумели остановить продвижение 3-го танкового корпуса противника. При этом не было должным образом организовано взаимодействие между частями и соединениями. В результате 53-й гвардейский отдельный танковый полк атаковал боевые порядки 92-й гвардейской стрелковой дивизии и 96-й отдельной танковой бригады. После этого полк вступил в огневой бой с танками противника, а затем получил приказ на отход. Приказом командующего 69-й армией генералу Труфанову был объявлен выговор, а командир 92-й гвардейской стрелковой дивизии полковник В.Ф. Трунин позднее был отстранен от занимаемой должности.