在11日接下来的时间里，德军冒着苏军密集的火力和不断的反冲锋，缓慢地向普罗霍洛夫卡前进。他们在这一天中取得了相当不错的进展，但未能攻克普罗霍洛夫卡。在11日晚上19点，在前进指挥所，瓦西列夫斯基和罗特米斯特洛夫亲眼看到了德军坦克的突破。于是瓦西列夫斯基当即命令罗特米斯特洛夫提前发动反攻。而这时由于正陷入和德第48装甲军的苦战中，苏第1坦克集团军根本不可能在12日发起反攻，所以一切只能靠第5近卫坦克集团军了。

苏军攻击发起时间被定为12日8点30分。在同一时间，德军也在紧张地准备12日的进攻，在11日的激烈战斗中，德军也蒙受了重大损失，“阿道夫?希特勒”师实力下降到60辆坦克和10门强击火炮，在整个晚上，德军完成了兵力重组，并且把一批新到的或修复的坦克补入部队，这使第2党卫装甲军12日发起攻击时，其坦克数量反而超过了前一天的数量。对双方来说，一场至关重要的战斗就要开始了。

人类历史上最大规模的坦克集群对决就要在普罗霍罗夫卡城下展开了，7月12日这一天是最为激动人心的一天。

7月12日清晨一场特大雷雨席卷整个交战区域，6点30分，德国空军开始了对苏军防线的轰炸，接着08：30，德国第2党卫装甲军团和苏联第五近卫集团军坦克集群、第一坦克集团几乎是同时向对方发起冲锋。

普罗霍罗夫卡城下，双方聚集了超过一千五辆坦克和自行火炮（根据战后双方公布的战果统计的，史料记载是这场坦克大战没有这么大的规模），如果从高空俯视地面，就会发现地面分上成两个正营，双方坦克和自行火炮密密麻麻。

随着双方开始向对方发起冲锋，整个地面上升起了滚滚浓烟，这是坦克集群在高速行驶过程发动机排气孔排放的浓烟，在坦克集群冲锋的过程中，双方的自行火炮都向对方的坦克集团开炮攻击。

两军迎头撞击在普罗霍洛夫卡郊外的原野上，为了躲避德军致命的远距离炮火的威力，苏军指挥员下令坦克以最高速度冲向德军。只要能接近德军的坦克，那么t-34就能发挥其机动性的优势来战胜笨重的“虎式”坦克。在冲锋过程中，苏军的坦克付出了可怕的代价，在德军“虎式”坦克和88毫米反坦克炮的轰击下，一辆接着一辆苏军坦克爆炸起火，但苏军并没有后退。

一辆辆被击中的坦克像炸爆米花一样，苏军的t-34根本无法扛住德国虎式坦克的轰击，被摧毁之后就开始燃烧，烧得乌七八黑。

在12日一整天里，苏军一直以这种最热血的方式不停的发起了一波接一波的攻击。战斗成焦灼状态，在双方接近后，战斗变得更加惨烈，坦克一辆一辆地被摧毁。双方将士都打“疯”了，不少坦克兵们，在座驾被击毁后就在坦克的残骸旁，用轻武器互相射击，甚至进行肉搏。惨烈的战斗从早上一直进行到夜晚，精疲力竭的双方才停了下来。而战场上到处都是坦克残骸和尸体。

罗特米斯特洛夫检查了一天的战斗，发现苏军虽未能完成摧毁第2党卫装甲军的任务，但至少德军向普罗霍洛夫卡的突破被挡住了。罗特米斯特洛夫认为，德军仍具有可观的实力，因此他决定第18和29坦克军先转入防御，以争取时间完成部队的重新集结。苏军第29坦克军在12日的战斗中损失惨重，损失高达70%以上，而第18坦克军投入战斗的第170和181坦克旅也同样受到很大损失，181坦克旅在作战中全部覆灭，旅长都被杀死。该军的第110坦克旅和第36近卫坦克团也损失过半。总的来说，苏军在12日普罗霍洛夫卡损失坦克和自行火炮在400辆左右。在这同时，德军损失接近其总兵力的30%，也就是60辆坦克和自行火炮。

从双方损失数量来看，德军无疑取得了战术上的胜利，但在战略上看德军失败了。由于第2党卫装甲军未能在12日夺取普罗霍洛夫卡，肯夫兵团也未能达成突破，这使得苏军有时间把处于有被合围危险的其左翼部队撤回下一道防线，同时苏军的援兵也源源赶到了，这使得苏军下一道防线将更为坚固，德军在库尔斯克战役中失去了唯一一次合围消灭苏军大量部队的机会。

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