С вводом в сражение двух гвардейских армий количественное превосходство в силах и средствах над противником на прохоровском направлении стало еще большим. В контрударе Воронежского фронта участвовали пять армий — 5-я, 6-я и 7-я гвардейские общевойсковые, 5-я гвардейская и 1-я танковые. Судя по привлекаемым силам и задачам, поставленным армиям, фронтовой контрудар преследовал решительную цель — окружить основные силы вклинившейся группировки противника, завершить ее разгром и восстановить утраченное положение. В случае успеха контрудар должен был перерасти в контрнаступление. Основную роль в осуществлении этого замысла должна была сыграть 5-я гв. танковая армия, которая наносила удар с рубежа Веселый, Михайловка, Ямки, Беленихино (планировавшийся ранее более выгодный рубеж ввода армии в сражение — Васильевка, совхоз Комсомолец, Беленихино накануне был захвачен противником) в направлении на Грезное, Бол. Маячки, Яковлево совместно с частью сил 5-й гв. армии.
В ходе контрудара юго-западнее Прохоровки произошел бой между основными силами 5-й гв. танковой армии и 2-м танковым корпусом СС. Командующий танковой армией в своих мемуарах написал, что 12 июля 1943 года произошло беспримерное в истории войн по своему размаху встречное танковое сражение, широко известное под названием Прохоровского побоища. На небольшом участке местности с обеих сторон одновременно участвовали свыше 1500 танков, значительное количество артиллерии и крупные силы авиации. Далее он сделал вывод, что в результате удара, нанесенного 5-й гв. танковой армией во взаимодействии с другими войсками, главная вражеская группировка, наступавшая на Прохоровку, была разгромлена. По его мнению, 12 июля стало днем кризиса немецкого наступления — фашистское командование вынуждено было отказаться от наступления и перейти к обороне.
Столь явное преувеличение заслуг армии (и ее командования) вызвало реплику из уст Г. К. Жукова о нескромности командарма. В целом контрудар замедлил продвижение врага, но поставленных Ставкой В ГК целей по ряду причин полностью достичь не удалось. Не удалось и перехватить инициативу, что серьезно осложнило дальнейшие действия войск фронта. Оборонительные бои в районе Прохоровки приняли довольно затяжной характер и продолжались до 16 июля включительно.
С легкой руки П.А. Ротмистрова многодневные бои в районе ставшей широко известной станции в массовом сознании до сих пор ассоциируются только с этим контрударом. Этот стереотип абсолютно неправомерен, потому что противоречит исторической правде и, кроме того, несправедлив по отношению к усилиям солдат и офицеров других армий, которые вели упорные и тяжелые бои и до, и после 12 июля. В донесении Ватутина Сталину в 24.00 12 июля 1943 г. не было ни слова о встречном танковом сражении и разгроме противника. Армия Ротмистрова в этот день понесла огромные потери, и для продолжения контрудара у Ватутина не осталось достаточных сил и средств. Уже на другой день он просит у Сталина дополнительно три корпуса (напомним, что фронт до 11 июля получил на усиление семь корпусов, в том числе четыре танковых и один механизированный) под предлогом, что имеющихся сил для решительного окружения и разгрома противника оказалось недостаточно.
Интересно, что российские историки в наше время отказались от категорического вывода, изложенного в советской военной энциклопедии издания 1978 года, — «сражение выиграли советские войска». В статье новой военной энциклопедии впервые официально признается, что 5-я гв. танковая армия, понеся большие потери (около 3 тыс. человек убитыми и ранеными, танков и САУ безвозвратно — 350, повреждено — 420) и использовав свой второй эшелон и резерв для борьбы на флангах, не могла развить успех на главном направлении и была вынуждена закрепиться на достигнутом рубеже. Но далее авторы статьи повторяют вывод 30-летней давности (только другими словами). Якобы успешное нанесение контрудара советскими войсками и срыв наступления немецких танковых группировок под Прохоровкой были обусловлены правильным выбором времени его нанесения, скрытым выдвижением крупной советской танковой группировки к рубежу ввода в сражение, умелым маневром силами и средствами на поле боя. К сожалению, это не совсем соответствует действительности.