紅軍第29坦克軍的對手主要是黨衛(wèi)軍第1坦克團第2營——“希特勒”師的主力坦克部隊。進攻中由于沒有相關的地圖和偵察材料，大量的紅軍Ｔ-３４坦克竟然沖進了蘇方自己挖掘的反坦克壕中。而當這些蘇聯(lián)坦克開始倒車退卻時，卻又遭到德軍坦克的射擊而蒙受了重大損失。紅軍坦克被迫改變方向，轉而向左面的橋梁發(fā)動沖擊。結果再次遭到德軍坦克優(yōu)勢火力的重創(chuàng)，大量被擊中后燃燒起來的Ｔ-３４由于失控而和友車撞成一團。戰(zhàn)場上眾多蘇聯(lián)坦克殘骸甚至擋住了去路。激戰(zhàn)中，德軍第6坦克連也有2輛坦克全毀，2輛受傷，穿甲彈幾乎消耗殆盡。到中午前，德軍打退了紅軍兩次坦克攻勢，繼續(xù)占有著高地。

在鐵路線南側的德軍右翼防線，紅軍第29坦克軍的另一支部隊，第25坦克旅約40輛坦克從亞姆基出動，攻打斯托羅熱沃耶地區(qū)。這次攻擊得到了第1446自行火炮團第1、6連，第28近衛(wèi)空降兵團，第2坦克軍第169坦克旅的支援。

紅軍遇到了黨衛(wèi)軍第1裝甲步兵團和師自行反坦克營20輛“黃鼠狼”自行反坦克炮的頑強抵抗。直到戰(zhàn)后，德方參戰(zhàn)人員依然記得當5輛一組的自行火炮齊射時，面前的T-34噴出黑煙的情景。在斯托羅熱沃耶西北面的森林和該地東部，紅軍第25坦克旅在德軍連續(xù)炮火打擊下付出慘重代價。戰(zhàn)斗到10點，全旅只剩下6輛T-34和15輛T-70還可以使用。但紅軍的一個坦克營得以沖過德軍防線，并逼近通向普羅霍羅夫卡的道路。9時，紅軍第29坦克軍第二梯隊第53摩托化步兵旅也開始發(fā)起攻擊。

坦克遭遇戰(zhàn)很快進入白熱化的程度。當時在場的華西列夫斯基事后在給斯大林的報告中描繪：“昨天我曾在普羅霍羅夫卡西南親自觀察了我第18、29坦克軍在反沖擊中和敵人200多輛坦克進行的坦克戰(zhàn)，數(shù)百門火炮和我們擁有的全部火箭炮同時參加了戰(zhàn)斗。結果在一小時內(nèi)，燃燒著的德國和我們的坦克遍布整個戰(zhàn)場”。

在羅特米斯特洛夫和其他參戰(zhàn)者耳邊，數(shù)百輛坦克發(fā)動機和履帶匯成一片的轟鳴持續(xù)了一天；在他們眼前，天空很快就被黑色的濃煙所遮蔽，大量被擊中的坦克像火把一樣熊熊燃燒！惡戰(zhàn)中的普羅霍羅夫卡流淌著鮮血，蔓延著烈火，撕碎著鋼鐵。戰(zhàn)爭的魔影光怪陸離！一些蘇聯(lián)坦克被德國穿甲彈擊穿后引發(fā)了彈藥殉爆，炮塔被掀起后旋轉著飛向天空；在失控后撞成一團的坦克間，逃出來的坦克手被壓成肉泥，燒死的坦克手焦黑變形的尸體橫布草原，僥幸存活下來的則躲進最近的壕溝內(nèi)，尋找回到己方陣地的機會。有時候，在一個壕溝里，還會同時出現(xiàn)雙方的幸存者。一個負傷的德國軍官就在這種情況下遭遇了2個坦克被擊毀的蘇聯(lián)坦克手。但生死掙扎中的雙方都沒有了繼續(xù)互相殘害的勁頭，只是互相對視了一會，然后就分開了。

以大量友車被擊毀為代價，一些蘇聯(lián)坦克沖擊到距離德國坦克100-200米甚至幾乎面對面。坦克手從光學儀器中就能清楚地看到拴在對手坦克裝甲上的雙手柄鋸土木工具，看到出現(xiàn)在反坦克炮護板上的炮手紅紅的緊張的面孔。但也有蘇聯(lián)坦克因為沖得太猛，又沒有及時觀察周圍的情況，結果錯失對已經(jīng)近在眼前的德國坦克開火的機會！在紅軍坦克的不斷沖擊下，德國坦克手的神經(jīng)也幾乎崩潰。德軍一個坦克連長后來描繪道：“我們頂不住了！一半（德國）坦克拉著受傷的友車瘋狂后退?！@是我第一次和這么多敵人戰(zhàn)斗！可怕的戰(zhàn)斗！他們（蘇軍）似乎要將我咬死”。

德軍裝甲步兵和搭載在坦克上的蘇軍空降兵也卷入了坦克之間的搏殺。在德軍第2裝甲步兵團第3營陣地上，掩體內(nèi)的德國火炮，包括自行步兵炮，不斷對逼近的紅軍坦克進行直瞄射擊。德軍步兵則用反坦克地雷炸毀蘇聯(lián)坦克，并和從坦克上跳下來的紅軍士兵廝打成一團。而當?shù)聡箍朔礇_過來時，一些蘇軍坦克搭載兵甚至排成戰(zhàn)斗隊形，頂著對方密集射來的榴彈沖鋒然后大片倒下！但在蘇軍輕武器的射擊下，也有德國坦克的觀瞄裝置被打壞。1個德國坦克炮手的眼睛還因此受傷。但即使在如此殘酷而混亂的戰(zhàn)斗中，蘇聯(lián)人還維持著某些近乎迂腐的規(guī)則：一個被擊傷的德軍軍官丟掉手槍，并展示了醫(yī)護人員標志后，蘇軍就停止了對他的射擊。