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罗斯-宋联军的炮击完全出乎意志军的意料，造成很大损失。意志军南方集团军群的第四装甲集团军根据预定计划发动进攻，在损失三十六辆坦克后，意志军艰难的越过了罗斯-宋联军的反坦克雷区，猛攻罗斯-宋第六十七近卫步兵师的防线。面对意志军三个师的进攻，罗斯-宋第六十七近卫步兵师难以抵挡被迫后退，瓦图京于是把方面军预备队调了过来，以期能把意志军挡在第二道防线外。但不幸的是意志军还是在罗斯-宋联军第二道防线上打开了一道缺口，并强渡了佩纳河。
由于意志军的进攻比预计的要猛烈的多，瓦图京被迫取消了原定反攻计划，而将计划用于反攻的第一坦克集团军的部分坦克布置在防线后方以支援步兵进行防守，部分坦克布置在侧翼打击意志军。这一天，意志国空军出击了超过一千架次，完全压制住了罗斯-宋空军。经过一天激战，双方都受到了很大损失。
傍晚，罗斯-宋联军瓦图京向华西列夫斯基请求增援，后者在得到最高统帅部的同意后，立即把草原方面军第五近卫集团军的第二和第十坦克军三百五十三辆坦克调往沃罗涅日方面军。同时瓦图京接到文昊、沈约亲自打来的电话，要求他不惜一切代价，阻止意志军在克斯尔突出部南部的突破。在战斗中，意志军只向前推进了数公里，未能达成突破罗斯-宋联军防线的任务。第二天，意志军仍然顽强地继续他们的攻势，而瓦图京也在计划反攻，为此他向最高统帅部请求把草原方面军的第五近卫坦克集团军和第五近卫集团军调给他指挥，他的请求很快就被批准了，但这些部队需要几天的时间才能到达。在制空权的争夺上，通过空战，罗斯-宋空军也逐渐扭转了劣势，完全夺取制空权只是时间问题。
瓦图京指挥部队继续在正面抵挡意志军向奥博扬推进，同时在两翼连续发动反击，虽然这些反击一次又一次的遭到失败，但却使意志军无法全力以赴的攻击他们的主要目标。意志第四装甲集团军司令霍斯将军见无法从正面突破奥博扬，便决定先从右翼突破，他命令第二装甲军转向东北的普罗霍罗夫卡。接下来的两天，意志军的进攻还比较顺利，他们攻到了普罗霍罗夫卡城下，克斯尔会战的高潮上演了。
七月十二日罗斯-宋与意志双方共有一千五百余辆坦克和自行火炮在普罗霍罗夫卡激战，战斗打响，罗斯-宋与意志双方几乎是同时发动了进攻，在战斗中意志军“虎式”坦克的88毫米炮与四号坦克的75毫米坦克炮优势明显，而罗斯-宋联军t-34坦克的76毫米炮在同样距离下无法对意志军造成威胁，大量的罗斯-宋联军坦克在交战距离以外就被意志军击毁。罗斯-宋联军近卫第五坦克集团军战报报告所属坦克军已经丧失了继续进攻的能力，已经将余下的坦克编入步兵部队。在这天的坦克大战中，意志军虽然以相对较小的损失，摧毁了更多的罗斯-宋联军坦克，但他们却没能攻占普罗霍罗夫卡，而随后源源赶到的罗斯-宋联军援兵使他们的防线将更加坚固。
罗斯-宋联军近卫第五坦克集团军不能达到攻占有利地形或击溃意志军第二装甲军的目的，双方部队均在战役中被削弱，罗斯-宋联军科涅夫决定用近卫第五坦克军团对抗意志军，这对战局有很大影响，因为这里是意志军的主要进攻方向。
事实上，罗斯-宋联军强大预备队的突然进攻及在克斯尔突出部北面的意志第九军团因罗斯-宋联军的库图佐夫行动而被迫中止进攻令韩柯决定停止整个城堡行动，他本来已考虑停止行动，这个预兆更令他胃病发作，而罗斯-宋联军在哈尔科夫以南的米亚斯河发动对新的意志国第六军团的攻势令韩柯必须将本来用于取得在克斯尔突出部南面最后胜利的预备队调往该处，而意志国防军最高统帅部亦决定将一部份部队调往地中海战区以应付基利-利坚联军军于七月十日在里西岛的登陆。
无论战术上的成果如何，普洛霍罗夫卡战役的结果转变为罗斯-宋联军在心理及实质上的胜利，意志军本来预计罗斯-宋联军需要转入防御及没有更多的反坦克炮；但相反，罗斯-宋联军仍然拥有超过一千辆坦克，这清楚地显示出，罗斯-宋联军远未被战败，这严重地影响意志军的战略决定。
而这亦显示出意志军在官兵质素的优势已经减少，罗斯-宋联军以后更有信心发起大规模攻势将意志军赶回意志国境内，而战略主动权更落入罗斯-宋联军手中。
在北线，罗斯-宋联军的炮击也使意志军的进攻比计划推迟了两个半小时，在几十分钟的炮火准备和空中轰炸之后，意志第九集团军按计划开始了进攻。莫意志尔为了把罗斯-宋联军的注意力从意志军的主攻方向上引开，先在左翼以三个步兵师实施佯攻，但这被罗斯-宋联军阻止住了。在主攻方向，意志军集中了四个装甲师和三个步兵师的兵力，经过激烈的战斗，他们突破了罗斯-宋第十三集团军的第