Стрелковые соединения 5-й гвардейской армии получили ближайшую задачу выйти в район населенных пунктов Грез-ное, Малые Маячки, Тетеревино, совхоз «Комсомолец», замыкая внутреннее кольцо окружения вокруг танковых дивизий «Мертвая голова» и лейбштандарт СС «Адольф Гитлер», а последующую — продвинуться в район Яковлева, образовав внешний фронт окружения основных сил всего 2-го танкового корпуса СС и немецкой 167-й пехотной дивизии. Бронетехникой наступающие дивизии 5-й армии практически не располагали, поскольку 10-й танковый корпус был изъят из ее состава 6 июля и к 12 июля уже передан в оперативное подчинение 1-й танковой армии. Исключение составляла одна танковая рота 245-го отдельного танкового полка, которая продолжала действовать вместе с частями 52-й гвардейской стрелковой дивизии в полосе 33-го гвардейского стрелкового корпуса (на 12 часов 11 июля в роте насчитывалось 14 танков американского производства431). Кроме этого, вечером 11 июля в качестве средств усиления из 1-й танковой и 69-й армий должны были прибыть 1440-й самоходно-артиллерийский и 148-й танковый полки. Прибытие танкового полка, в котором к началу сражения насчитывалось 47 танков (включая 33 машины типа Т-34), было задержано в связи с его использованием в полосе обороны 35-го гвардейского стрелкового корпуса, а самоходно-артиллерийский полк поступил в распоряжение 32-го гвардейского стрелкового корпуса (9 САУ типа СУ-76 и 12 машин СУ-122)432. Вместе с тем в ходе передислокации 5-й гвардейской армии в район боевых действий ее тыловые службы не смогли организовать вывоз боеприпасов, поэтому армейские артиллерийские части оказались обеспечены ими не полностью. Артиллерия усиления (12-я минометная и 29-я гаубичная бригады^) также прибыла с ограниченным количеством боеприпасов, в том числе указанный 1440-й самоходно-артиллерийский полк под командованием подполковника Ивана Шапшинского (Иван Дмитриевич Шацшинский был смертельно ранен 19 декабря 1943 года в бою под селом Желтые Воды), имевший в своем составе 13 исправных САУ, вообще боеприпасов не получил, поэтому 12 июля участия в боевых действиях не принимал433.

Основной удар генерал Жадов вначале планировал нанести силами правофлангового 32-го гвардейского стрелкового корпуса в юго-восточном направлении, вдоль южного берега реки Псел. Для обеспечения наступления 32-го корпуса, которым командовал генерал Алексей Родимцев, были нацелены армейские средства усиления, проводились подготовительные мероприятия. Однако Ватутин отказался от такого решения, поскольку здесь наступление 5-й гвардейской армии могли поддержать только ослабленные в предыдущих боях танковые соединения 1-й танковой армии, занимавшие оборону на Обоянском направлении. Тогда новым боевым распоряжением, утвержденным уже около часу ночи 12 июля, Жадов указал сосредоточить основные усилия на левом фланге, в полосе 33-го гвардейского стрелкового корпуса генерала Иосифа Попова. Соответственно, в условиях дефицита времени вновь началась подготовительная работа, переброска средств усиления с правого на левый фланг, постановка новых задач.

Согласно последнему распоряжению, 42-я Краснознаменная и 9-я воздушно-десантная гвардейские стрелковые дивизии 33-го гвардейского стрелкового корпуса наступали совместно с 5-й гвардейской танковой армией на участке от реки Псел до хутора Сторожевое; 52-я и 95-я гвардейские стрелковые дивизии (первая из состава 6-й гвардейской армии) атаковали в излучине реки с целью ликвидации плацдарма дивизии «Мертвая голова» и прорыва в ее тыл; 97-я гвардейская стрелковая дивизия наступала из района поселка Ильинский по южному берегу Псела на левый фланг дивизии «Мертвая голова», чтобы завершить ее окружение.

На правом фланге 5-й гвардейской армии две дивизии 32-го гвардейского стрелкового корпуса — 13-я Краснознаменная и 66-я гвардейские стрелковые дивизии под командованием генералов Глеба Бакланова и Акима Якшина — получили задачу наступать в районе Кочетовки, на стыке участков обороны 11 -й танковой дивизии немецкого 48-го танкового корпуса и дивизии СС «Мертвая голова». Одна воздушно-десантная дивизия корпуса — 6-я гвардейская стрелковая — оставалась в армейском резерве в районе села Средний Олынанец, на реке Ольшанке. Таким образом, три из семи стрелковых дивизий первого эшелона

5-й гвардейской армии должны были атаковать фронт обороны одной танковой дивизии СС «Мертвая голова», хотя им предстояло наступать без бронетехники и при недостаточной поддержке огнем своей артиллерии.

Однако наступательные планы командования 5-й гвардейской армии оказались нарушены упреждающим ударом эсэсовцев. Командование 2-го танкового корпуса СС на 12 июля поставило перед дивизией «Мертвая голова» задачи с наступлением рассвета атаковать с плацдарма в долине реки Псел и, овладев высотами в северо-восточном направлении, достигнуть дороги Прохоровка—Карташевка; на левом фланге выбить противника из хутора Веселый и обеспечить оборону на естественном рубеже по речке Ольшанке; на правом фланге во взаимодействии с дивизией лейбштандарт СС «Адольф Гитлер» овладеть Прохоровкой, окружив сосредоточившиеся юго-западнее части механизированных и танковых соединений противника. К утру 12 июля дивизия «Мертвая голова» оставалась наиболее укомплектованной среди дивизий 2-го танкового корпуса

СС, насчитывая 101 танк, 21 штурмовое орудие, 50—60 орудий полевой артиллерии, причем для поддержки ей был придан еще 1-й учебный полк реактивных минометов434.

Советская оборона против вражеского плацдарма на северном берегу Псела была образована подразделениями 11-й мотострелковой бригады 10-го танкового корпуса (три мотострелковых батальона — один на южном берегу Псела в селах Васильевка и Андреевка и два батальона — на высоте 226,6), а также 52-й гвардейской стрелковой дивизии со средствами усиления (три стрелковых полка, развернутые на участке от хутора Полежаев до высоты 226,6, при поддержке 496-го истребительно-противотанкового артиллерийского полка и батальона противотанковых ружей). Во втором эшелоне, на участке хутор Веселый — Ключи — высота 236,7 — совхоз имени Ворошилова, была развернута 95-я гвардейская стрелковая дивизия 33-го гвардейского корпуса, предназначенная для нанесения решающего удара по вражескому плацдарму на северном берегу Псела (в состав дивизии был возвращен ее 287-й гвардейский стрелковый полк, который к 8 часам утра 12 июля передислоцировался из-под Прохоровки к хутору Веселый). Кроме того, в районе Средней Ольшанки (севернее Карташевки) была сосредоточена 6-я воздушно-десантная гвардейская стрелковая дивизия, составлявшая армейский резерв.

Части дивизии «Мертвая голова» начали свою атаку около 5:30 12 июля, задействовав свыше 30 танков в двух боевых группах, и к 6 часам прорвали позиции 155-го стрелкового полка 52-й гвардейской стрелковой дивизии в районе высоты 226,6. После этого эсэсовцы стали свертывать оборону противника в сторону флангов, продвигаясь на север в двух расходящихся направлениях — на хутора Веселый (группа из 18 танков 1-го танкового батальона под командованием гауптштурмфюрера СС Хуберта Мейердресса (Hubert-Erwin Meierdress) и Полежаев (группа из 15 танков 2-го танкового батальона гауптштурмфюрера СС Фридриха (Фрица) Бирмейера (Fritz Biermeier). Прорыв эсэсовцев облегчило то, что подразделения 52-й гвардейской стрелковой дивизии утром перегруппировывались для начала контрудара (к тому времени дивизия насчитывала 3380 военнослужащих строевого состава435), причем 153-й гвардейский стрелковый полк уже переправился на южный берег реки Псел в полосу наступления 5-й гвардейской танковой армии, чтобы принять участие в атаке на Михайловку. Это открыло юго-западные подступы к высоте 226,6. Полки 95-й гвардейской стрелковой дивизии к началу вражеской атаки также выдвигались на рубеж развертывания, готовясь наступать, поэтому им спешно пришлось переходить к обороне под огнем противника. Интегрально 95-я гвардейская дивизия являлась одной из наиболее хорошо укомплектованных и оснащенных среди всех соединений 5-й гвардейской армии — в ней насчитывалось более 8,7 тысячи военнослужащих, 165 станковых пулеметов и 218 противотанковых ружей, 96 орудий и 170 минометов, 188 автомашин, 923 лошади436. В совокупности с частями 52-й гвардейской стрелковой дивизии и 11-й мотострелковой бригады эти силы и по количественному составу, и по вооруженности превосходили боевые группы дивизии «Мертвая голова», к тому же атаковавшие с плацдарма на северном берегу Псела. Однако упреждающий удар немцев дезорганизовал управление советских войск, вынудив их командный состав перестраивать свои действия от наступательных к оборонительным в условиях дефицита времени и напряженной боевой обстановки.