由於以前吃過“虎”式坦克的苦頭，所以這一次蘇軍決定充分發揮“T-34”機動性能好的特點，以近戰的方式逼近“虎”式，對著它相對薄弱的側麵裝甲猛擊。
為了能夠突入德軍的進攻隊形，蘇軍的坦克以風馳電掣般的速度衝了上去。還沒等德軍坦克反應過來，1000多輛各式坦克和強擊火炮已經纏鬥在了一起。
慘烈的戰鬥驚心動魄。坦克與坦克之間的近距離相互射殺，使得裝甲兵們戰前操練過的各種戰術手段都沒有了用武之地。隨著一聲聲巨大的爆炸聲，一輛接一輛的坦克燃起了大火。戰場上響徹著經久不息的發動機轟鳴聲和履帶的滾動聲，車輛起火燃燒所產生的煙塵，像烏雲一樣遮住了天空。
一名幸存的德國坦克兵回憶道：“俄國人的無數坦克向我們猛衝，我從來沒對俄國坦克的威力產生過如此巨大的恐懼感。由於煙塵彌漫了戰場，使得我們的航空兵無法提供支援。大量的‘T-34’型坦克很快就衝破了我們的隊形，在整個戰場上像大群的野牛一樣吼叫。”
規模空前的坦克大搏鬥給德國士兵留下了令人心悸的回憶。就勝利者而言，留在蘇軍官兵心目中的回憶同樣是慘烈和蕩氣回腸的。一位親身參加過普羅霍羅夫卡坦克大戰的蘇軍坦克兵上校在其回憶錄中寫道：
突如其來的大規模遭遇戰，使我們不得不放棄了試圖展開某種戰鬥隊形的努力。一瞬間，就好像掉進了一個巨大的鋼鐵漩渦，我的前後左右全是噴吐著火舌的坦克，有漂亮的T-34，也有令人生畏的“虎”式和“豹”式，還有一些奇形怪狀的、叫不上名來的強擊火炮。我相信，當時我們幾乎所有的人接到的都是同一個命令：衝上去！衝上去！狹路相逢勇者勝！
就像兩個絲毫不講究技戰術的拳手，我們一下子就和德國人扭打在了一起，混戰成一團。我難以判斷當時雙方究竟有多少輛坦克投入戰鬥，但見整個曠野上煙塵滾滾，炮聲隆隆。炮彈的爆炸聲、坦克履帶聲和發動機的轟鳴聲交織在一起，燃燒的坦克隨處可見，熊熊的火光在煙塵的映襯下顯得格外的詭異和可怕。
在這種混戰的情況下，我們的各級指揮員都幾乎失去了對部隊的控製。英勇的紅軍士兵們駕駛著自己的坦克各自為戰，人自為戰。他們似乎忘記了危險的存在，而隻顧開足馬力向著德國人猛衝。由於我們的T-34速度快，機動性能好，所以我們能夠輕而易舉地在“虎”式開火以前繞到他們的側麵，用穿甲彈猛揍“虎”式的側翼薄弱裝甲。看到一輛輛龐大笨重的“虎”式坦克在我們的打擊下燃燒起熊熊的大火，一個個被燒得焦頭爛額的德國鬼子倉皇地逃離燃燒的坦克，真讓人感到開心。
應該承認，德國裝甲兵的素質是世界一流的。在坦克數量大大處於劣勢的情況下，他們依然能夠信心百倍地投入戰鬥，並且在戰鬥中奮勇向前，死戰不退，表現出了令人欽佩的頑強的戰鬥作風。我為我們英勇的紅軍戰士而感到驕傲和自豪，能戰勝這樣強大的、凶惡的敵人，說明我們的紅軍戰士是無堅不摧，不可戰勝的。
這場規模空前的血腥大戰一直從上午殺到天黑，整整8個小時。兵力處於劣勢的德國人終於頂不住了，他們扔下300多輛熊熊燃燒的坦克，撤出了戰鬥。3個德國裝甲兵的王牌師，更是爭先恐後地奪路狂奔，遍體鱗傷地脫離了戰場。從此它們失去了往日的威風，一蹶不振了。
蘇軍近衛坦克第5集團軍雖然也遭受了慘重的損失，甚至他們失去的坦克遠遠超過了德軍，但最後的勝利者畢竟是他們。
普羅霍羅夫卡坦克大戰是整個庫爾斯克會戰的轉折點，也是戰無不勝的黨衛軍裝甲師走向滅亡的開始。正如蘇軍草原方麵軍司令員科涅夫所言：“普羅霍羅夫卡坦克大戰是德國裝甲兵這隻天鵝臨終前的美妙歌聲。”
失敗的消息讓曼施坦因元帥目瞪口呆，他沒想到精銳的黨衛軍裝甲師會敗得這樣慘。這次大戰的失利，意味著“堡壘”戰役可能就此夭折。對於德國軍隊來說，它所失去的是最精銳的軍隊，而對於急切地盼望一場勝利的德國人來說，他們失掉的則是最寶貴的東西——希望。
庫爾斯克的形勢讓希特勒心力交瘁，焦躁不安。忽然又傳來了盟軍在西西裏島登陸的消息，這使本來已像熱鍋上的螞蟻一般的希特勒更感到心驚肉跳，如坐針氈。西西裏島一旦失守，意大利就會失去屏障，隨之有“歐洲的軟腹部”之稱的地中海和巴爾幹地區也會陷入絕境。假如出現那樣糟糕的局麵，第三帝國就會變成一個眾叛親離、四麵楚歌的孤家寡人。
為了挽救意大利的危險局勢，希特勒破天荒地把庫爾斯克前線的兩位指揮官曼施坦因和莫德爾請回了大本營。他的意圖很明顯，希望能說服前線指揮官放棄“堡壘”戰役，而把東線僅存的幾個完整的師調往意大利。
對於莫德爾來說，在北線的進攻已經寸步難行，所以中止作戰正合他意。但對於南線的曼施坦因來說，停下來甚至是抽調部隊無異於自殺。他的部隊和蘇軍緊緊地膠著在一起，一旦撤退，蘇軍必定會乘勢追殺，那麼潰敗就變得不可避免。所以他用痛苦的語調對希特勒說：“我現在好比是用兩隻手揪住了狼的兩個耳朵，鬆開哪個手都會帶來無法估量的嚴重後果。”
就在庫爾斯克一線的德軍陷入了進退兩難的困難境地時，斯大林已經準確地判斷出德軍的進攻能力已經消耗殆盡，於是他不失時機地向蘇軍發出了全線反攻的號令。
蘇軍即將開始的大反攻是以俄國曆史上的著名統帥庫圖佐夫的名字命名的。這個名字對蘇軍來說無疑有著永恒的魅力，因為正是這位傳奇般的人物打破了拿破侖不可戰勝的神話，並把強大的法軍逐出了俄境。
顯而易見，蘇軍期望自己的“庫圖佐夫大反攻”能重現先輩們的輝煌。
為了使這次的大反攻能取得決定性的勝利，蘇軍集中了遠遠超出德國人想象的強大兵力，計有3個方麵軍128萬人，火炮和迫擊炮2.1萬門，坦克和自行火炮2400輛及作戰飛機3000多架。為了對德軍實施突如其來的猛烈打擊，蘇軍在戰役準備階段采取了嚴格的保密措施，兵力的集結、調整都是在夜間完成的。為了進一步迷惑德軍，蘇軍還構築了大量的以防禦為目的的假陣地，使德軍誤認為蘇軍“毫無進取之心”，以致在蘇軍發起大反攻時，疏於防備的德軍很快就陷入了極大的混亂之中。
蘇軍在反攻前的戰場欺騙獲得了巨大的成功。戰後，德軍總參謀長凱特爾元帥沮喪地說：“（在奧廖爾）我們無論如何都沒有想到，蘇軍不僅具有擊敗我軍突擊的能力，而且還擁有足以轉入大反攻的強大預備隊。”
7月12日3時20分，在西方麵軍的突破地段上，數千門大炮和迫擊炮一齊轟鳴，呼嘯的航空炸彈也隨即爆炸。猛烈的火力突擊震顫著廣闊的大地，也震顫著早已成驚弓之鳥的德國官兵的心。蘇軍近衛第11集團軍在勇猛善戰、後來成為著名統帥的巴格拉米揚的親自指揮下，迅猛地躍出戰壕，以排山倒海之勢撲向驚慌失措的德軍。進攻第一天，蘇軍就突破了德軍的第一道防線，突入德軍縱深10多公裏。第二天，突破了德軍精心設置的戰術防禦地帶，揳入德軍縱深達25公裏。整個德軍防線陷入了風雨飄搖之中。
7月13日，德軍坦克第2集團軍的司令官在戰報中流露出了巨大的恐懼，他寫道：“在東部戰場的寬大正麵上，48小時之內發生了根本性的變化，作戰中心已轉移到坦克第2集團軍的地域之內。在這裏，危機正在以不可思議的速度在繼續發展。”
戰場形勢的急劇惡化，使希特勒再也不抱僥幸心理。他急令前線部隊中止“堡壘”戰役，中央集團軍群立即轉入防禦，就地占領預設陣地，抗擊住蘇軍的反攻。
為了挽回頹勢，希特勒解除了在蘇軍的進攻麵前喪失信心的坦克第2集團軍司令的職務，轉而任命有“防禦之獅”美譽的莫德爾親自指揮該集團軍，希望自己的這位愛將能夠不負他的厚望，率領岌岌可危的德軍擺脫困境。
然而，戰爭進程的發展再也不會以希特勒的意誌為轉移了。隨著蘇軍羅科索夫斯基的中央方麵軍投入反攻，困守奧廖爾登陸場的德軍已經三麵受敵，麵臨著被分割包圍的危險。
事已至此，莫德爾終於體會到了什麼叫做無力回天。
到7月下旬，各路蘇軍已經進逼到奧廖爾登陸場的外圍。整個德軍奧廖爾集團的生命線——奧廖爾至布良斯克的公路和鐵路，也麵臨著被切斷的危險。對於困守一隅的德軍來說，另一個斯大林格勒會戰的危險似乎就在眼前。
希特勒已經體味過被合圍的滋味，第6集團軍在斯大林格勒的覆滅，至今還讓他的心口隱隱作痛。這樣的悲劇再也不能重演了，不能讓莫德爾成為又一個保盧斯。為了保住這支優秀的部隊，他必須放棄德軍付出了重大代價才建立起來的奧廖爾登陸場。事已至此，他已經別無選擇。
接到撤退的命令，莫德爾為他和這支部隊的命運感到欣慰。從戰爭開始以來，這還是希特勒第一次下達明智的撤退命令。過去那種“不準後退一步”的堅強決心，已經使他丟掉了保盧斯的第6集團軍和隆美爾的非洲軍團兩支勇敢善戰的部隊了，但願這一次悲劇不會重演。
為了使和蘇軍全線膠著的德軍撤下來，莫德爾很動了一番腦筋。他先是組織了幾個方向上的猛烈逆襲，擺出一種和蘇軍決一死戰的架勢。到了夜間，他悄悄地把部隊一收，神不知鬼不覺地撤出了奧廖爾。
雖然遭受了巨大的損失，但莫德爾還是成建製地撤出了陷入蘇軍合圍圈中的德軍，使得希特勒奇跡般地保存下了一個建製完整的重兵集團。
對於莫德爾的卓越才能，希特勒給予了高度的評價。他甚至肉麻地吹捧莫德爾是“東線的救星”。
8月5日，奧廖爾市回到了蘇軍的手裏，此舉意味著被戈培爾稱為“刺向蘇聯心髒的匕首”的奧廖爾登陸場，被無情地擊落了。
蘇軍在奧廖爾發動反攻的同時，在南線的別爾哥羅德地區也發動了旨在殲滅曼施坦因集團的進攻。在瓦杜丁的沃羅涅日方麵軍和科涅夫的草原方麵軍的合力攻擊之下，在前階段的進攻戰役中遭到重創的曼施坦因集團陷入了巨大的危險之中。雖然得到增援的曼施坦因成功地組織了幾次出色的反擊，但兵力上的巨大懸殊使得這種反擊根本不能改變其不利的態勢。無奈之下，曼施坦因率部奪路而逃，撤離了讓他們蒙受了巨大損失和災難的庫爾斯克地區。
至此，舉世矚目的庫爾斯克會戰落下了帷幕。
曆時40多天的庫爾斯克大會戰，是蘇德戰爭中規模最大、緊張程度尤為慘烈的一次會戰，也是二戰期間規模最大的坦克大戰。是役，雙方軍隊精銳盡出，逐次投入兵力共達400餘萬人，火炮和迫擊炮近7萬門，坦克和自行火炮1.3萬輛，飛機近1.2萬架。德軍統帥部為了贏得這場決定性會戰的勝利，調集了蘇德戰場乃至整個德軍的所有王牌師參戰。蘇軍也投入了近300萬人的龐大兵力，幾乎占到了整個蘇軍兵力的一半。
血戰月餘，蘇德雙方均損失慘重。德軍在會戰中損失官兵50萬人，坦克1500輛，火炮3000門，飛機3700架。蘇軍的損失超過了德軍，僅人員傷亡一項就達80萬人。但重要的是，蘇軍取得了這次具有決定意義的會戰的勝利。
庫爾斯克會戰對蘇德戰爭乃至整個第二次世界大戰進程都產生了深刻的影響。斯大林熱情洋溢地評價道：“如果說斯大林格勒的失敗預示著德國已經開始走向沒落的話，庫爾斯克會戰則使它遭到了滅頂之災。”
德軍裝甲兵總監古德裏安則痛心地寫道：“由於‘堡壘’戰役的失利，使我們花費巨大的力量建立起來的裝甲精銳毀於一旦，以至於在很長時間內都無法恢複戰鬥力。……毫無疑問，從此之後的戰場主動權將掌握在俄國人的手裏。”