1943年1月，苏军成立了坦克第1集团军。在最初计划中准备用于在列宁格勒对德军的反击战。不过之后由于哈尔科夫方向形势严峻，从3月开始，该集团军开始调往库尔斯克方向。3月23日，集团军部队已经开始在奥博扬（库尔斯克以南25千米）开始建立纵深40千米的稳固防御阵地，任务是防止敌军从南部突破库尔斯克，并从西南、南和东南进行反突击。很快，他们就迎来了坦克集团军成立以来的第一场激战。
坦克第1集团军库尔斯克防御阶段作战示意图
1943年7月的库尔斯克会战中，坦克第1集团军担任了南面突出部的重点防御任务，它隶属于沃罗涅日方面军。当时，苏军沃罗涅日方面军预计德军的主攻方向在库尔斯克-奥博扬或别尔哥罗得-科罗恰。因此在方面军中央和左翼164千米的正面地带有4个集团军防御：第38和第40集团军、近卫第6和第7集团军。卡图科夫率领坦克第1集团军担任第2梯队，配置在奥博扬和库尔斯克方向；同梯队还有第69集团军，配置在别尔哥罗德、科罗恰、沃尔昌斯克和新奥斯科尔，任务是固守第3防御地带并做好反突击准备。
为击破德军空前强大的装甲兵团，方面军在相当短的时间内构筑了数道防御地带和地区，纵深共达250-300千米。苏军防御战术地幅由主要防御地带和第二防御地带组成。主要防御地带内有三道阵地，纵深5-6千米，由各步兵军的第一梯队师占领。第二防御地带距离主要防御地带前沿10-12千米，纵深与主要防御地带大致相等。主要防御地带和第二防御地带之间在个别地段设有中间阵地或斜切阵地。第二防御地带由军的第二梯队师占领。此外还构筑了3道方面军防御地区。后备草原军区沿罗索什诺耶、白科洛杰济一线构筑了防御地区，沿顿河左岸构筑了国家防御地区。
工程构筑的基础是四通八达的堑壕和交通壕配系。在主要地带内，军队构筑了4-5道绵亘的立行堑壕。在该地带防御的每个地段平均挖掘堑壕和交通壕达70千米，使有生力量和火器能够获得在正面和纵深的自由机动力量。此外在每千米正面上平均6-7个土木发射点。最重要方向挖掘反坦克壕，所有河流、沟坎两岸都构筑了断崖。森林和小树林里设置了用地雷加强的工事。在防御纵深按规定破坏了所有的桥梁、公路和铁路。
根据苏军战史记录，坦克第1集团军在库尔斯克战役共有4万人，装备616辆坦克（其中120辆T-60与T-70轻型坦克）和30辆自行火炮、486门火炮与炮击炮-其中56门火箭炮、各种车辆上千辆 。
在森林中行军的集团军部队
由于处在敌军眼皮底下，集团军在战前采取了严格的伪装和保密措施。所有的装备都在战壕中得到精心伪装。白天除特殊情况外，禁止车辆通行；夜间通行也非常注意灯光管制问题。部队驻扎在树林和沟壑外，主要是在碉堡和防空洞中，而且经过了地面和空中侦察手段的检查。采取了无线电静默，不允许通过电话讨论作战与训练问题。作战相关文件都采取口头传达并控制人数。
当时，苏军对于坦克集团军在进攻作战中的使用还缺乏经验，只是知道应该用于主要进攻方向来突破敌军防御。不过关于何时进入突破口、突破敌军防御纵深到什么程度以及如何使用好坦克集团军等理论都没有建立。此时，坦克第1集团军副司令巴拉诺维奇（Е.В.Барановичи）对一些经验教训进行了总结，特别是坦克第5集团军在斯大林格勒反攻和坦克第3集团军在奥斯特罗戈日斯克-罗索什战役中的使用。相关的报告将在军事理论研讨会议上进行汇报。
在同年6月23日的会议上，与会人员都觉得坦克集团军应该在步兵部队突破敌军主要战术防御后进入突破口。第一梯队应该有2个坦克军，每个坦克军2条通道。炮兵、工程兵和航空兵应该协助坦克集团军完成对敌主要防御阵地的突破。
苏军部队开赴库尔斯克前前线
沃罗涅日方面军获悉德军可能于7月5日夜间全面进攻，于是在4日22时30分在近卫第6集团军正面进行了炮火反准备，5日拂晓在另外2个集团军的正面也进行了猛烈炮击。因此德军的技术兵器遭受意外损失、联络中断使得进攻推迟到5日06时00分才发动。 这一期间坦克第1集团军作为第2梯队未参加战斗。
7月5日战役的第一天，德国第4装甲集团军的各军在近卫第6集团军地带向奥博扬实施主要突击。这一阶段苏军步兵、炮兵和自行火炮部队成功地消耗了德军坦克等技术兵器。以近卫步兵第52师为例，他们在5日11时00分直接承受了德军200辆坦克的波状冲击！但是仍能够坚守阵地。莫罗佐夫的近卫步兵第81师在5日全天击退了德军所有冲击。德军的主要突击遭受猛烈的反击后未能捞到任何便宜，而辅助突击则取得一定战果，肯普夫战役集群逐渐压制近卫第7集团军。但是德军在5日全天最大的推进距离也只有8-10千米。
第一天，德军阿道夫-希特勒警卫旗队师突破了苏军近卫步兵第52师第一道防御地带，进逼第二防御地带，这是当天德军第4装甲集团军中唯一有此战果的部队。帝国师则推进了8.5千米。肯普夫战役集群第3装甲军所属3个装甲师无一能顺利突破苏军第一防御地带，只有第7装甲师进入第一防御地带纵深。第48装甲军各师则向北推进了5-6千米，然而没有一支部队前出到苏军第二防御地带。
鉴于方面军态势，瓦图京于5日16时向卡图科夫下达了命令：坦克第1集团军必须立即在近卫第6集团军第2梯队以后的梅罗沃耶、雅科夫列沃地区占领第2防御地带。同时近卫第2、第5坦克军（笔者注：各200辆坦克）前出到杰捷列维诺和戈斯季谢沃地区。
卡图科夫给士兵颁授奖励
坦克第1集团军接到命令后立即进行35千米的夜行军并于7月6日在指定地区转入防御，卡图科夫将坦克第6军（坦克和自行火炮169辆）和机械化第3军（坦克和自行火炮250辆）分配在第1梯队，而把坦克第31军（坦克和自行火炮227辆）作为第2梯队。
坦克第6军在右翼的梅罗沃耶、拉科沃和舍佩列夫卡，机械化第3军在左翼的阿列克谢耶夫卡和雅克夫列沃占领防御阵地。坦克第6军第一梯队防御正面13千米，由坦克第200旅和摩托化步兵第6旅组成；第二梯队为坦克第22和第112旅。机械化第3军第一梯队防御正面19千米，由机械化第1、3和第10旅以及近卫坦克第1旅组成，第二梯队为坦克第49旅。每个坦克旅留下了1个坦克连，而机械化旅则是下属坦克团的1个坦克连做为预备队。集团军指挥部位于德沃洛夫西南1千米佐林斯克的树林里。为防止德军预备队乘虚而入，方面军航空兵在5日夜间共出动354个架次对德军坦克和预备队集结地域进行了突击。
7月6日，德军倾巢出动实施两面攻击：一面从切尔卡斯科耶地域指向东北的卢哈尼诺；另一面从贝科夫卡地域沿奥博扬公路。德军160辆坦克分4路进至恰巴耶夫、谢比列夫卡地域，企图从行进间一举突破苏军防御。但在此却遭到坦克第6军和苏军步兵部队的阻击。德军以40-50辆坦克为一批，发起4次冲击，但均被苏军击退。德军约400辆坦克沿奥博扬公路实施进攻，遭到机械化第3军的迎击。该军2天内击退敌军8次冲击。
德军虎式坦克发动攻击
雅科夫列沃地域的战斗最为激烈。苏军首先迎击德军的是近卫坦克第1旅第2营，该营和德军70辆坦克顽强战斗。德军党卫军希特勒警卫旗队师在雅科夫列沃南部1千米高地遭到了近卫坦克第1旅预先在别尔哥罗德-库尔斯克公路设伏的博奇科夫斯基中尉坦克连的伏击。苏军在近距离击毁了德军先导3辆坦克中的2辆。之后，德军15辆搭载步兵从左侧绕过该连，随后频频出击，但进攻依旧被击退。德军随后进行大规模空袭和炮击，之后出动30辆坦克和1个营步兵，不过这次进攻也同样败北，被苏军击毁9辆坦克。德军继续加强进攻，由于兵力过于悬殊，该连3辆坦克被击毁，3辆坦克故障，只有4辆还能使用，因而决定在10时撤出战场。撤出过程中，1辆坦克被击中，断后的沙兰金中尉车组继续射击，掩护撤退。该车组击毁1辆德军坦克，被德军2辆坦克直接命中，只有负伤的驾驶员最终走出坦克，其余4人壮烈牺牲。此后，苏联最高苏维埃主席团追授沙兰金苏联英雄称号，并在哈尔科夫坦克学校永久保留其军籍。由于该连的英勇作战，延误了德军进攻近5个小时。直到10时德军才从南面进攻该旅，但被击退。
坦克第1集团军全力反击，个别地域每千米正面上的苏军坦克、自行火炮密度达到100辆。奥博扬方向发生了开战以来最为壮烈的装甲会战。当时德国第48装甲军集中160辆坦克分成4路纵队向恰帕耶夫、舍佩列夫卡地域推进企图突破苏军防御。苏联近卫步兵第90师和盖特曼指挥的集团军所属坦克第6军和独立坦克编队从正面迎了上去，德军坦克排成尖头楔子梯次冲击，苏军坦克则从两翼包抄攻击，坦克互相倾轧绞杀。双方多半采用零距离射击的方式决战，失去坦克的士兵用冲锋枪、火焰喷射器和车载刀斧工具展开拼杀！德军的每次冲击都被击退，双方坦克的数量急剧下降。
训练中的T-34坦克
这时德军坦克数量应该已经压倒苏军。但在奥博扬公路另一侧，德军派出第4装甲军和第52军所有的400辆坦克铺天盖地地向坦克实力较弱的坦克第1集团军所属机械化第3军压来，四号坦克在三号支援坦克的榴弹掩护下以行进间射击后猛然发动超速冲击的方式席卷苏军阵地，但是该军在军长克里沃舍因指挥下主动迎战，采用近战肉搏抵销德军坦克火炮的优势。德军一共发起8次猛烈冲击，装甲大军形成巨浪翻滚般前所未见的进攻体系，虽然苏军步兵和炮兵时常被分割包围，但是出色的单兵素质使得苏军击溃德军的所有冲击。巴巴贾尼扬在战后回忆录写道：“大地在呻吟。交战的规模超出了人们的想象。无数的坦克、火炮和飞机堆成了废铁山。成千上万的炮弹、炸弹同时爆炸，天空烟尘弥漫。太阳在浓密的烟雾中，也只能透出微弱的光线。炮弹打在甲板上砰砰啪啪的尖叫，燃烧着的车辆上空竖起一根根浓黑的烟柱。。。”。
同时在防御枢纽部的近卫步兵第51师和近卫坦克第1旅承受了党卫军“希特勒”装甲掷弹兵师（含第13虎式坦克连）的疯狂攻击，苏军击退党卫军70辆坦克的攻击并击毁、撞毁虎式坦克2辆。
德军在中午前未能突破坦克第6军和机械化第3军的战斗队形，便重新部署兵力向近卫步兵第51师步兵第156团突击。战斗持续到半夜，德军留下了95辆坦克残骸。夜间，德军占领卢奇基，之后攻占波克罗夫卡迂回包围近卫坦克第5军，该军陷入半包围状态。该部于6日24时之前在雅克夫列沃地区顽强抵抗，但由于损失难以承受，而于7日晨后撤到贝列尼西诺、捷捷列维诺新的防御地区。这样坦克第1集团军的左翼完全暴露。
7月6日的战斗证明德军决心不惜任何代价打破坦克第一集团军和近卫第5坦克军的接合部-奥博扬。6日17时，卡图科夫迅速作出判断，命令坦克第31军坦克第100旅旅长伊万诺夫上校紧急率领该旅前出到大马亚奇基地域，任务是保障严重消耗的机械化第3军和近卫坦克第5军的接合部，防止德军预备队继续向北发展进攻。
苏军使用的1937年式МЛ-20型152毫米加榴炮
德军中最强悍的大德意志装甲掷弹兵师这时正在另一主攻方向卢哈尼诺陷入沼泽，其拥有的2个营共20辆新型黑豹坦克在开出阵地前就开始自行烧毁或抛锚，而且由于其装甲团团长施特拉维茨上校和黑豹营的上级指挥官发生意见冲突而暂停了这些坦克的使用，使得这一地区的压力稍微减小。但是大德意志师的1个重坦克连和装甲掷弹团（罗伦茨上校指挥，其人被称为“帝国第一掷弹兵”）仍对苏军防御产生威胁。
因此奥博扬地区的攻守更不能有些许闪失，遗憾的是由于步兵未能及时配合增援，坦克第100旅的行动未能奏效。卡图科夫在回忆录中写道：“我判断情况后马上命令歼灭突入之德军。为此目的，把坦克第31军坦克第100旅派到威胁地域。我们整夜都紧张地等待着来自亚布洛金奇－大马亚奇基地域的消息。我期待这个旅在近卫坦克第5军的协同下能够击退德军。但从旅长的报告中知道，由于兵力兵器不足，他和他的友邻没有能够恢复态势。旅和军被迫转入了防御”。卡图科夫第一次表示对友邻步兵部队的不满。
而巴巴贾尼扬战后的回忆录则写道：“7月6日黄昏以前，德军党卫军阿道夫-希特勒装甲师突破了近卫步兵第51师和近卫坦克第5军的防御，从东面接近大居民地波克罗夫卡。坦克第1集团军司令员为了防止敌军向机械化第3军侧后实施突击，将其第二梯队的坦克第31军调到波克罗夫卡地域。但由于索罗京卡河上的桥梁和渡口被敌人飞机破坏，再加上对徒涉场没有进行认真的侦察，该军未能到达指定地区。7月7日，敌军得以由坦克第1集团军和近卫坦克第5军之间的缺口突入，但突入纵深总共才5、6千米”。
此时另一区域的德军大德意志师开始全面突破卢哈尼诺的苏军防御线。因此7月6日夜间苏军给卡图科夫补充了曾在第38集团军内的独立坦克第180和第192旅和几个炮兵、迫击炮团。同时卡图科夫派出坦克第31军出其不意地推进到杰捷尔维诺地域，在近卫坦克第5军协同下消灭突入之德军，并成功地在雅克夫列沃以东的第二地带恢复态势。
1943年7月德军StuG33B自行反坦克炮在库尔斯克某地经过红军废弃的火箭炮
6日德军同时出动党卫军帝国师对近卫第6集团军左翼实施攻击，但近卫坦克第2军及时增援在拉锯战一整天之后，德军没能前进半步。科罗恰方向的近卫第7集团军步兵在下奥利尚涅茨到克鲁托伊洛格方向承受了德军的全部11次冲击，德军推进了大约10-12千米，并在3千米的正面上向苏军第2防御地带推进。
在奥博扬和科罗恰方向上2天交战的结果使德军大为沮丧。由于苏联坦克第1集团军、近卫坦克第5军和坦克第5军及时地向第2集团军地带行进，德军统帅部试图以强大的装甲兵团猛烈突击到达奥博扬地域的计划破产，德军被阻止在第二防御地带，只有在雅克夫列沃、卢奇基地段的党卫军第2装甲军楔入第2防御地带并停止了前进，实际上德军只剩副攻方向的大德意志师还在推进，但它反而离滞后的第4装甲军越来越远。两天的战斗中德军仅推进了10-18千米，并且在任何一个地段上都没有得到两翼机动的自由，不得不紧紧抓住纵深梯次防御。最重要的是坦克第1集团军成功的大量消耗了德军的技术兵器，德军被迫从遥远的后方抽调大量坦克补充，间接的影响了预备队的战斗力。例如仅仅坦克第49旅第一天在近卫第6集团军第一防御地带就击毁敌军坦克65辆（10辆虎式）、装甲车5辆、强击火炮2辆、5门火炮和6辆汽车，歼敌0.1万人。
直至此时德军统帅部仍顽固地坚信他们已经掌握主动权，在最近几天即可突破苏军防御并包围苏联中央方面军和沃罗涅日方面军。7月6日晚，德军东方部队研究处递交给总参谋长的报告中说明了这一可笑想法：“苏军在没有弄清我战役规模和目的之前，试图以展开在阵地上的军队和方面军预备队阻止我军的进攻，基本上未能实现。从苏军过早地把战役预备队投入了战斗看来，苏军企图在离库尔斯克尽可能远的距离上阻止住我军的进攻，并为此目的把现有的全部兵力都投入了战斗”。如此胡说八道，德军的战术思想显然已经开始紊乱。但是这也说明德军将投入更多的兵力展开更大规模进攻，坦克第1集团军将面临更艰苦的考验。
在奥博扬方向的装甲冲击战实际上是历史上真正最大的坦克交战，其规模和双方技术兵器数量实际上超过了12日的普罗霍罗夫卡装甲混战。苏军战史统计，坦克第1集团军仅在7月6日就烧毁、击毁德军坦克、突击炮140辆以上，自身损失37辆坦克。同时这场战斗证明德军的装甲楔形编队冲击力相当强劲，现有的T-34坦克以集群方式对德军楔子实施反突击往往效果不好，但是把坦克当成固定火力点则能够抑制德军的楔形编队。
卡图科夫在战后回忆道：“和瓦图京交谈之后，我动身前往克里沃舍因的军。此时敌人正发动下一次进攻。敌人沿奥博扬公路在狭窄的地段上投入了200辆坦克。从雅科夫列沃方向不断传来低沉的隆隆声。远方的地平线上升起了厚厚的烟尘。。。”。
苏军炮兵军官观察德国豹式坦克弱点
沃罗涅日方面军司令瓦图京于7月6日18时30分向最高统帅报告了战况并要求增派4个坦克军和2个航空军，驻方面军代表华西列夫斯基通过电话转述报告后时补充了自己的意见，建议派遣2个坦克军，分别是扎多夫指挥的坦克第10军（坦克和自行火炮185辆）和马利诺夫斯基的坦克第2军（坦克和自行火炮168辆）来加强方面军。斯大林同意了增援请求。7日凌晨，华西列夫斯基命令西南方面军所有航空兵（空军第17集团军全体）参加沃罗涅日方面军作战。
7月7日清晨，德军就出动Hs-129和容克-87对坦克第1集团军阵地进行狂轰滥炸。没等空袭爆炸的尘埃落定，德军预备队和第2梯队沿别尔哥罗得－奥博扬公路再次发起强大冲击，共有700辆坦克（包括100多辆黑豹坦克）梯次向坦克第1集团军和第6集团军进行冲撞，同时肯普夫战役集群的300辆坦克（包括第503重坦克营）压向科罗恰方向的近卫第7集团军。在瑟尔采沃地区展开了特别艰苦的战斗。
7日全天，坦克第1集团军和近卫第6集团军迟滞了德军进攻并大量击毁德军坦克，大德意志师的黑豹坦克全部损失或退出战场。德军以惨重代价勉强推进到奥博扬公路以东的国营农场，并在公路以西扩大突破地段。德军的突进直接威胁到普罗霍罗夫卡，并从东南向奥博扬继续发展进攻。卡图科夫迅速以炮兵和迫击炮兵加强了这个方向。此外，由于坦克第1集团军蒙受了严重的消耗，因此上级将第38、40集团军的部分兵力（1个步兵师和3个反坦克炮兵团）转给卡图科夫和奇斯加科夫。
肯普夫战役集群则决心在行进间夺取亚斯特列博沃和谢夫柳科沃并向东北发展突击，目的是突进到近卫第6集团军后方。近卫第7集团军的近卫步兵第25军在萨菲乌林将军率领下承受了肯普夫战役集群的攻势。德军损失了90辆坦克只占领了几个居民点。
1943年7月苏军在库尔斯克使用1942年式ЗиС-3型76毫米反坦克炮射击
24小时过去了，德军没能到达奥博扬，也没能进入科罗恰地区，苏军守住了第2防御地带。只有在近卫第6集团军的中央－博戈罗季茨科耶地域的德军突入第2防御地带12千米，形成细长的楔子插入。肯普夫战役集群只前进了3-5千米并占领了别洛夫斯卡亚和亚斯特列博沃地区。为了对楔子内的德军集团实施反突击，卡图科夫得到了第40集团军的左翼全部兵力、布尔科夫的坦克第10军、波波夫的坦克第2军，另外近卫坦克第2、第5军也加入战斗。应该说，各坦克军和第40集团军左翼兵团共同实施的反突击，缓和了坦克第1集团军的态势。该集团军防御正面虽然几经优势之敌的攻击，但并未被突破。但是德军继续投入大量兵力并在苏军反突击前抢先行动。
7月8日清晨，德军在强大的航空兵和炮火准备后向奥博扬再次发起进攻！500辆坦克涌向机械化第3旅和坦克第49旅的阵地，这2支苏军在近卫步兵第67师支援下拖住德军装甲集群，使得它无法向北突破机械化第3军和近卫第6集团军部队地带。在德军明显疲惫后，苏军撤退到新谢洛夫克以南2千米的新防御地带固守。同时德军坦克楔子的右翼遭到苏军2次沉重打击，第1次是近卫坦克第2军在绍皮诺以北进行；第2次则是由卡图科夫命令第40集团军左翼兵团协同坦克第2和第10军实施。德军被迫把部分兵力移防并减弱了沿奥博扬公路的攻击，德军在8日突破普罗霍罗夫卡的企图破灭了。
8日下午，奥博扬公路再次出现大量德军并攻到了上佩尼耶南郊，3个坦克旅（112、200、22）也被紧急调往该地域。坦克第112旅在战斗中击毁敌军坦克21辆，自身损失15辆。为了加强坦克第1集团军，方面军派来了坦克第10军，第40集团军步兵第309师，坦克第59、60和第203团，反坦克炮兵第489和第803团，反坦克炮兵第14旅和高射炮兵第9师等。
肯普夫战役集群以前所未有的蛮勇继续冲撞近卫第7集团军，在狭窄的正面集中250辆坦克压迫近卫步兵第92、94、81师的防御地段，德军踏着自己坦克的无数残骸进入梅列霍沃和米亚索耶多沃，但是该战役集群已经完全丧失了继续前进的力量。
苏军近卫第6集团军的美制M3坦克
7月8日，德军仍然未能进入奥博扬和科罗恰地域，这要归功于坦克第1集团军和近卫第6集团军的坚强防守。一方面，德军未能突破奥博扬公路，另一方面肯夫军团在科罗恰地域插入的软弱楔子反而拖住了进攻兵力，并且这个楔子的底部重要支撑点仍然被近卫第7集团军压制。
7月9日，德军最后试图从南面突破奥博扬，因为根据战前的计划这一天曼施坦因的南方集团军群应该已经进入库尔斯克并和北线德军莫德尔的第9集团军突击群会合。德军在奥博扬正面10千米的正面地段收拢5个装甲师的500辆坦克形成拳头攻势，德军坦克密度达到平均每千米正面50辆，最重要地段达到每千米100辆！同时德国空军一天完成1500个架次以上飞行。苏军在奥博扬公路地带组织了强大的炮兵集团并拿出大部分统帅部坦克预备队防守，苏联空军第2集团军继续进行着增援。巴巴贾尼扬战后回忆道：“疯狂的斗争又开始了，阳光又在交战的晨雾中暗淡起来。但敌人进攻的巨浪撞击着从纵深不断得到加强的我军防御的峭壁”。
7月9日晨，在密集航空兵突击以后，德军向坦克第6军左翼实施冲击，企图占领赛尔采沃和维尔霍比尼耶。德军60辆坦克不止一次突入维尔霍比尼耶，但均被苏军火力和反冲击击退。敌军在该地段失败后，又将约200辆坦克分成2个集群，急速向科切托夫卡和卡里诺夫卡进攻，并突入机械化第3军和坦克第31军的战斗队形。德军在7月9日控制了坦克第1集团军和近卫第6集团军第二防御地带上的要点-上佩尼耶、苏霍索罗京诺和格列兹诺耶。同时，党卫军第2装甲军将索罗京卡河一线的坦克第31军击退，为突入普罗霍罗夫卡创造了有利条件。
库尔斯克南部态势
7月10日，在德军第48装甲军西侧，苏军在佩纳河部署了坦克第6军、步兵第90师和机械化第3军的机械化第1和第10旅，拥有约100辆坦克；后方为步兵第184和第201师。在北面奥博扬公路方向部署了机械化第3军剩余部队、坦克第31军、步兵第309师、近卫步兵第67师；预备队为坦克第10军以及调来的近卫坦克第5军，共有约300辆坦克和自行火炮。
7月9日夜晚，德军在上佩尼耶北面集中了100辆坦克和步兵于7月10日3时30分继续向243.0高地发起攻击，重点打击机械化第3军和坦克第6军结合部。经过3小时战斗，占领高地，但因遭到坦克第112和第200旅的反击，无法继续前进。13时，德军继续进攻，到日终时击退坦克第200旅。德军一部到达诺维尔尼科耶外围，威胁到了坦克第6军和步兵第184师侧后。坦克第200旅和第112旅部分部队在别列佐夫卡以北地域被分割包围，坚持战斗到夜幕降临，然后开始在别列佐夫卡地域重新集结。经过激烈战斗，坦克第6军损失严重，到7月10日日终，共损失了65辆坦克，全军只剩下35辆坦克和10门反坦克炮可用。
鉴于沃罗涅日方面军的态势，最高统帅部大本营在7月10日命令草原方面军的近卫坦克第5集团军和近卫第5集团军转隶沃罗涅日方面军，用于预定的反突击。
此时德军统帅部仍然坚信转机即将到来，7月10日希特勒命令继续进行“堡垒作战”。德军向库尔斯克增调了几个师，在南部豪塞尔的党卫军第2装甲军收缩兵力准备猛冲。苏军统帅部密切注视即将到来的德军最后一击，同时判断德军的新企图可能是向库尔斯克弧形地带的南正面－普罗霍罗夫卡发起进攻。苏军统帅部的想法是正确的，德军果然将党卫军“希特勒”、“帝国”和“骷髅”3个师加入对普罗霍罗夫卡突击集团的15千米正面，11日夜间又调来第3装甲军的200辆坦克。
坦克第1集团军作为苏军反突击力量的任务是：以主力固守已占领地区，而临时编入的近卫坦克第5军和坦克第10军协同近卫第6集团军从第二新谢洛夫克、诺维尼科耶地域和普罗霍罗夫卡向东面的雅克夫列沃实施突击，并在从普罗霍罗夫卡地域发起进攻的近卫坦克第5集团军协同下，围歼德军第4坦克集团军。
7月11日，德军有生力量意外地攻击了严重缺员的坦克第1集团军和友邻部队，近卫坦克第5集团军的展开地区被德军占领。德军声称在上佩尼耶-别列佐夫卡地域就歼灭苏军0.61万余人，击毁或缴获坦克173辆、摧毁和缴获火炮和迫击炮94门、击落击伤飞机20架。党卫军第2装甲军击退近卫第5集团军进入“十月”国营农场对普罗霍罗夫卡造成了威胁。
沃罗涅日方面军部队在坦克掩护下进攻
7月12日晨，苏军以近卫第5集团军和近卫坦克第5集团军由普罗霍罗夫卡地域，以近卫第6集团军和坦克第1集团军从梅罗沃耶、奥尔洛夫卡一线集中向雅科夫列沃实施猛烈反突击。
此时德军则突袭苏联第69集团军防御地带，近卫坦克第5集团军的左翼遭到威胁。鉴于此，卡图科夫命令近卫坦克第5军和坦克第10军于10时协同近卫第6集团军全面反击，但是德军拼命反抗并屡次击退苏军步兵冲击。中午，坦克第1集团军部队在拉科沃和别寥佐夫卡一带展开争夺战。
与此同时，近卫坦克第5集团军派出450辆坦克准备从后面包抄德国第4装甲军，不料在普罗霍罗夫卡南郊和正转入进攻状态的党卫军第2装甲军迎头撞上，苏军坦克集群从09时15分到14时10分对党卫军“希特勒师”和“髑髅师”的步兵和装甲集群施加了3次共5个攻击波，德军的反击则穿插在苏军进攻中。 7月12日普罗霍罗夫卡坦克交战的结果标志着德军在库尔斯克的实际失败。
但是，坦克第1集团军的功绩不应被坦克第5集团军的光环所覆盖。朱可夫在其回忆录中写道：“。。似乎在消灭敌南方集团军群的坦克部队中起决定作用的是坦克第5集团军，这不谦虚，而且也不是事实。近卫第6和第7集团军以及坦克第1集团军在统帅部预备队炮兵和空军集团军支援下，在7月4日至12日激战中已大大削弱和疲惫了敌人。坦克第5集团军对付的是已丧失信心的德军极度削弱的集团”。不仅苏军战史学家、就连西方战史学家也承认：德军的装甲楔子在奥博扬公路严重受挫是其在普罗霍罗夫卡毁灭的重要先导。坦克第1集团军在7月6日至12日的战斗中始终承受着德军最重点的装甲突击，无愧于自己的荣誉和誓言。巴巴贾尼扬也觉得“坦克第1集团军协同近卫第6集团军在库尔斯克防御各次防御战斗中顺利完成受领的任务，大大削弱了德军‘阿道夫-希特勒’装甲师、‘帝国’装甲师、‘大德意志’摩托化师以及第3和第10装甲师与第332步兵师，消灭敌军大量技术兵器和生动力量”。
7月13日，德军第48装甲军出动227辆坦克和强击火炮反复攻击坦克第1集团军防线，但依然没有达成突破。经过数天激战，到7月16日，德军该装甲军只有185辆坦克可用，比战役开始前减少了360余辆！
苏军缴获的德军费迪南德自行反坦克炮
7月16日晚，坦克第1集团军、近卫坦克第5军和坦克第10军将防线移交给近卫第6集团军，撤回二线。而德军第4装甲集团军也开始回撤到7月5日进攻出发阵地。
1943年7月24日最高统帅斯大林在嘉奖库尔斯克突出部表现出英勇和毅力的部队命令中就提到了坦克第1集团军。防御战期间，集团军共损失坦克360辆，在7月6日到15日修复了293辆。另有数据为在7月5日到20日，集团军共损失坦克和自行火炮954辆-战斗损失854辆和故障损失100辆，其中永久损失300辆。在此期间，集团军共收治8851名伤员。
很快，在休整之后，坦克第1集团军将在别尔哥罗德-哈尔科夫战役中再次大放光彩！
油画-库尔斯克战役防御阶段
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