红军第29坦克军的对手主要是党卫军第1坦克团第2营——“希特勒”师的主力坦克部队。进攻中由于没有相关的地图和侦察材料，大量的红军Ｔ-３４坦克竟然冲进了苏方自己挖掘的反坦克壕中。而当这些苏联坦克开始倒车退却时，却又遭到德军坦克的射击而蒙受了重大损失。红军坦克被迫改变方向，转而向左面的桥梁发动冲击。结果再次遭到德军坦克优势火力的重创，大量被击中后燃烧起来的Ｔ-３４由于失控而和友车撞成一团。战场上众多苏联坦克残骸甚至挡住了去路。激战中，德军第6坦克连也有2辆坦克全毁，2辆受伤，穿甲弹几乎消耗殆尽。到中午前，德军打退了红军两次坦克攻势，继续占有着高地。
在铁路线南侧的德军右翼防线，红军第29坦克军的另一支部队，第25坦克旅约40辆坦克从亚姆基出动，攻打斯托罗热沃耶地区。这次攻击得到了第1446自行火炮团第1、6连，第28近卫空降兵团，第2坦克军第169坦克旅的支援。
红军遇到了党卫军第1装甲步兵团和师自行反坦克营20辆“黄鼠狼”自行反坦克炮的顽强抵抗。直到战后，德方参战人员依然记得当5辆一组的自行火炮齐射时，面前的T-34喷出黑烟的情景。在斯托罗热沃耶西北面的森林和该地东部，红军第25坦克旅在德军连续炮火打击下付出惨重代价。战斗到10点，全旅只剩下6辆T-34和15辆T-70还可以使用。但红军的一个坦克营得以冲过德军防线，并逼近通向普罗霍罗夫卡的道路。9时，红军第29坦克军第二梯队第53摩托化步兵旅也开始发起攻击。
坦克遭遇战很快进入白热化的程度。当时在场的华西列夫斯基事后在给斯大林的报告中描绘：“昨天我曾在普罗霍罗夫卡西南亲自观察了我第18、29坦克军在反冲击中和敌人200多辆坦克进行的坦克战，数百门火炮和我们拥有的全部火箭炮同时参加了战斗。结果在一小时内，燃烧着的德国和我们的坦克遍布整个战场”。
在罗特米斯特洛夫和其他参战者耳边，数百辆坦克发动机和履带汇成一片的轰鸣持续了一天；在他们眼前，天空很快就被黑色的浓烟所遮蔽，大量被击中的坦克像火把一样熊熊燃烧！恶战中的普罗霍罗夫卡流淌着鲜血，蔓延着烈火，撕碎着钢铁。战争的魔影光怪陆离！一些苏联坦克被德国穿甲弹击穿后引发了弹药殉爆，炮塔被掀起后旋转着飞向天空；在失控后撞成一团的坦克间，逃出来的坦克手被压成肉泥，烧死的坦克手焦黑变形的尸体横布草原，侥幸存活下来的则躲进最近的壕沟内，寻找回到己方阵地的机会。有时候，在一个壕沟里，还会同时出现双方的幸存者。一个负伤的德国军官就在这种情况下遭遇了2个坦克被击毁的苏联坦克手。但生死挣扎中的双方都没有了继续互相残害的劲头，只是互相对视了一会，然后就分开了。
以大量友车被击毁为代价，一些苏联坦克冲击到距离德国坦克100-200米甚至几乎面对面。坦克手从光学仪器中就能清楚地看到拴在对手坦克装甲上的双手柄锯土木工具，看到出现在反坦克炮护板上的炮手红红的紧张的面孔。但也有苏联坦克因为冲得太猛，又没有及时观察周围的情况，结果错失对已经近在眼前的德国坦克开火的机会！在红军坦克的不断冲击下，德国坦克手的神经也几乎崩溃。德军一个坦克连长后来描绘道：“我们顶不住了！一半（德国）坦克拉着受伤的友车疯狂后退。……这是我第一次和这么多敌人战斗！可怕的战斗！他们（苏军）似乎要将我咬死”。
德军装甲步兵和搭载在坦克上的苏军空降兵也卷入了坦克之间的搏杀。在德军第2装甲步兵团第3营阵地上，掩体内的德国火炮，包括自行步兵炮，不断对逼近的红军坦克进行直瞄射击。德军步兵则用反坦克地雷炸毁苏联坦克，并和从坦克上跳下来的红军士兵厮打成一团。而当德国坦克反冲过来时，一些苏军坦克搭载兵甚至排成战斗队形，顶着对方密集射来的榴弹冲锋然后大片倒下！但在苏军轻武器的射击下，也有德国坦克的观瞄装置被打坏。1个德国坦克炮手的眼睛还因此受伤。但即使在如此残酷而混乱的战斗中，苏联人还维持着某些近乎迂腐的规则：一个被击伤的德军军官丢掉手枪，并展示了医护人员标志后，苏军就停止了对他的射击。
