В связи с значительным усложнением обстановки в южной части курского выступа, Ставка ВГК отдала распоряжение о выдвижении на белгородско-курское направление 3 армий Степного фронта: 27А с 4 гв. тк — в район Курска, 53А с 1 мк — на первый фронтовой рубеж обороны по р. Сейм с занятием его по рубежу Букино — Солнцево силами 3 дивизий, 5 гв. А — на армейскую полосу обороны с занятием ее по рубежу Обоянь — Прохоровка. 5 гв. ТА было приказано сосредоточиться в районе сев. нп Прохоровка, в оперативное подчинение ей передавались 2 гв. тк и 2 тк. 5 гв. ТА и 5 гв. А передавались в состав Воронежского фронта. В составе 5 гв. ТА были сосредоточены значительные силы: тбр-13, мбр-3, мсбр-4, сап-3, пабр-1, гап-3, иптап-8, реап-3, минп-3, зенад-2; численность танков и САУ — 841, из них легких — 320.
Для срыва наступления противника и нанесения решительного поражения его вклинившейся ударной группировке было решено с утра 12 июля нанести фронтовой контрудар силами 5 гв. ТА с частью сил 5 гв. А — с северо-востока, силами 6 гв. А и 1ТА — с северо-запада по сходящимся направлениям на Яковлево. Одновременно 7 гв. А должна была частью сил нанести удар в направлении на Разумное и содействовать успеху ударов на главном направлении. Остальным армиям фронта была поставлена задача удерживать оборону на занимаемых рубежах. 2 и 17 ВА основным составом сил должны были поддерживать действия войск, наносивших контрудар.
С утра 11 июля противник возобновил наступление. В направлении на Обоянь и на Прохоровку он потеснил войска 1ТА, 6 гв. А, 5 гв. А и 2 тк, а в полосе 69А прорвал оборону в районе Кураковка — Казачье — Ново-Оскочное и вынудил наши войска к отходу. Действия противника нарушили ход подготовки контрудара фронта, вызвали необходимость корректуры плана по рубежам перехода войск в наступление и особенно по расположению огневых позиций артиллерии. Кроме того, часть артиллерии при выдвижении в районы огневых позиций была уничтожена, попав под удар танков противника. Однако сорвать контрудар противник не мог.
В 8 час. 30 мин. 12 июля 5 гв. ТА после огневой подготовки перешла в наступление с рубежа 10 км сев. — зап. нп Прохоровка в направлении на Яковлево. Развернулось ожесточенное встречное сражение против изготовившейся к наступлению на Прохоровку группировки 4ТА противника. К исходу дня 5 гв. ТА, понеся большие потери, в том числе в соединениях второго эшелона и резерва, введенных в сражение, не смогла преодолеть сопротивление противника и перешла к обороне. Перешедшие одновременно в наступление 1ТА, 6 гв. А, 5 гв. А и 7 гв. А действовали недостаточно активно и успеха также не имели. Вместе с тем, нанесение контрудара хотя и не достигло решительных целей, но вынудило противника перейти к обороне на всех направлениях.
13 июля противник предпринял попытки прорваться с северо-запада и юго-востока на Шахово и окружить 5 дивизий 69А, оборонявшихся в районе Прохоровка — Тереревино — Шопино — по р. Сев. Донец — Ржавец. Они безуспешно продолжались 14 и 15 июля, пока эти дивизии не отошли организованно к исходу 15 июля на армейскую полосу обороны юго-вост. Прохоровки. После этого противник и здесь перешел к обороне. Предпринятое германским командованием наступление было сорвано. Использовать резервы, находившиеся в Донбассе (24 тк, 23 тд, 16 мд), противник не решился, удержать достигнутые рубежи имевшимися силами не мог и принял решение на отвод своих войск на рубеж, который они занимали до перехода в наступление. К этому решению противника вынудило также начавшееся 12 июля контрнаступление войск Западного, Брянского и Центрального фронтов на орловском направлении.
6 июля противник начал организованный отвод войск, прикрывая свои главные силы арьергардами. Преследуемые войсками Воронежского и введенного в сражение к исходу 18 июля Степного фронтов войска 4ТА и группы «Кемпф» отошли на рубеж, который занимали до перехода в наступление, и перешли к обороне на хорошо подготовленных позициях.
С 24 июля войска Воронежского и Степного фронтов начали подготовку к наступлению на белгородско-харьковском направлении.
Оборонительный этап Курской битвы завершился. Замысел противника на летне-осеннюю кампанию 1943 г. был сорван. Попытка удержать стратегическую инициативу проведением наступательной операции на курском направлении и достижением решительных целей стратегического масштаба успеха не имела. Потери германских войск, составившие до тридцати дивизий, из них семи танковых, крайняя недостаточность стратегических резервов способствовали переходу советских войск в контрнаступление и его развитию на орловском и белгородско-харьковском направлениях.