В сложившейся в первые минуты наступления обстановке ситуацию мог выправить ввод в бой второго эшелона, но он запаздывал. 31-я танковая бригада вступила в бой только в 9.30–10.00, когда значительная часть танков первого эшелона была уже выбита. Кроме того, встретив шквал огня противотанковых средств противника, командир 32-й бригады сменил направление наступления, но не вдоль лесополосы, а выйдя в полосу соседа справа – 18-го танкового корпуса. Соответственно успех майора С.П. Иванова не был использован. Более того, маршрут вдоль железной дороги был единственным возможным. Прорвавшиеся в глубину построения обороны «Лейбштандарта» советские танки наткнулись на противотанковый ров, преграждавший путь в «Комсомолец». Это был советский ров из системы третьего рубежа обороны, и очень странно, что о его наличии не были предупреждены наносящие контрудар танкисты.
Еще одна бригада 29-го танкового корпуса, 25-я танковая бригада полковника Н.К. Володина, столкнулась с батальоном штурмовых орудий «Лейбштандарта». Бригада наступала через Сторожевое, к югу от железной дороги. «Штурмгешюцы» с длинноствольными 75-мм орудиями были «крепким орешком». Уже к 10.30 от бригады Н.К. Володина осталось 6 Т-34 и 15 Т-70. Комбриг был контужен и отправлен в госпиталь.
Результаты первых часов контрудара были обескураживающими. За 2–2,5 часа боя три бригады и самоходный артполк 29-го танкового корпуса потеряли больше половины своих боевых машин. По схожему сценарию развивались события в 18-м танковом корпусе. Введенная в бой вслед за 181-й танковой бригадой 170-я танковая бригада к 12.00 потеряла 60 % своих танков.
Командир танкового взвода 170-й танковой бригады В.П. Брюхов вспоминал: «Горели танки. От взрывов срывались и отлетали в сторону на 15–20 м пятитонные башни. Иногда срывались верхние броневые листы башни, высоко взмывая ввысь. Хлопая люками, они кувыркались в воздухе и падали, наводя страх и ужас на уцелевших танкистов. Нередко от сильных взрывов разваливался весь танк, в момент превращаясь в груду металла. Большинство танков стояли неподвижно, скорбно опустив пушки, или горели. Жадные языки пламени лизали раскаленную броню, поднимая вверх клубы черного дыма. Вместе с ними горели танкисты, не сумевшие выбраться из танка. Их нечеловеческие вопли и мольбы о помощи потрясали и мутили разум. Счастливчики, выбравшиеся из горящих танков, катались по земле, пытаясь сбить пламя с комбинезонов. Многих из них настигала вражеская пуля или осколок снаряда, отнимая их надежду на жизнь».
Тем не менее с большим трудом 181-й танковой бригаде корпуса Б.С. Бахарова удалось ворваться в совхоз «Октябрьский». Вслед за танкистами последовала пехота 42-й гв. стрелковой дивизии, и, хотя совхоз в течение дня переходил из рук в руки, этот небольшой успех был закреплен. В отличие от своего соседа Б.С. Бахаров еще не успел ввести в бой все три свои бригады. В распоряжении командира корпуса оставалась 110-я танковая бригада. Это позволило в 14.00 возобновить наступление, сменив направление удара. Теперь направление главного удара 18-го танкового корпуса пролегало вплотную к пойме Псёла. Хотя здесь танкистам пришлось столкнуться с обороной одного из полков «Мертвой головы» и «Тиграми» «Лебштандарта», 181-е и 170-е танковые бригады сумели прорваться на позиции артиллерии противника. Частям двух бригад удалось прорваться на глубину до 6 км. Командованию «Лейбштандарта» удалось выправить ситуацию только за счет контратак своего танкового полка, ставшего «пожарной командой». Кроме того, успешное наступление «Мертвой головы» с плацдарма на р. Псёл ставило 18-й танковый корпус под угрозу окружения в случае обратного форсирования реки. Все это заставило оттянуть бригады назад.
Помимо двух корпусов армии Ротмистрова в контрударе участвовали ветераны сражения на южном фасе Курской дуги. Масштаб был, конечно, скромнее. В 11.15 2-й гв. танковый корпус перешел в наступление двумя танковыми бригадами (94 танка). Эти атаки были отражены частями «Дас Райха». Если атаке двух бригад корпуса А.С. Бурдейного удалось сковать «Дас Райх», то ненадолго. Во второй половине дня эта эсэсовская дивизия контратаковала в направлении на Сторожевое. Участие в контрударе под Прохоровкой 2-го танкового корпуса А.Ф. Попова носило в большей степени номинальный характер. В корпусе к тому моменту имелось всего около полусотни боевых машин, и его вечерняя атака (начавшаяся между 19.00 и 20.00) успеха не имела.
Бой на Прохоровском поле произвел настоящее опустошение в рядах двух корпусов 5-й гв. танковой армии. Согласно новейшим исследованиям 29-й танковый корпус потерял подбитыми и сгоревшими 153 танка и 17 СУ-76 и СУ-122, что составило 77 % участвовавших в атаках боевых машин. В 18-м танковом корпусе было подбито и сожжено 84 танка, т. е. 56 % от числа участвовавших в бою. Действовавшие на соседних участках механизированные соединения также не избежали чувствительных потерь бронетехники. 2-й гв. танковый корпус потерял 12 июля 54 танка, или 39 % от участвовавших в контрударе. Теоретически эта цифра ниже, чем у 18-го и 29-го танковых корпусов. Однако две танковые бригады корпуса А.С. Бурдейного, непосредственно участвовавшие в атаке на позиции «Дас Райха», потеряли 56 % боевых машин. Меньше всего пострадал 2-й танковый корпус – он потерял всего 22 танка.
12 июля. Излучина Псёла. Помимо контрудара в районе Прохоровки, советское командование ставило 5-й гв. армии задачу ликвидации захваченного частями «Мертвой головы» плацдарма на северном берегу Псёла. Предполагалось сковать подразделения эсэсовцев на плацдарме, а успешное наступление армии Ротмистрова привело бы к захвату переправ и окружению противника.
Основным отличием положения советских частей под Прохоровкой и на периметре захваченного «Мертвой головой» плацдарма была разная степень готовности к контрудару. Если под Прохоровкой корпуса Ротмистрова были готовы наступать уже с первыми лучами солнца, на плацдарме утром 12 июля сосредоточение сил было в самом разгаре. Собственно на периметре плацдарма к началу дня находились только части 52-й гв. стрелковой дивизии полковника Г.Г. Пантюхова, переподчиненной армии А.С. Жадова. Соединение участвовало в боях с первого дня битвы и к исходу 11 июля насчитывало всего 3380 человек. 95-я гв. стрелковая дивизия 5-й гв. армии должна была утром 12 июля разворачиваться для наступления под прикрытием частей полковника Пантюхова. Эта дивизия была куда более многочисленной – 8781 человек на 10 июля. Также на подходе к полю боя была 6-я гв. воздушно-десантная дивизия (8894 человека).
Советское командование считало, что немцы не смогут сосредоточить на плацдарме танки по находившимся под постоянным огнем артиллерии и ударами авиации переправам. Однако танки «Мертвой головы» все же были переправлены через Псёл. Это позволило им упредить контрудар войск А.С. Жадова и в 5.25-5.40 12 июля начать «вскрытие» плацдарма. Позиции малочисленной 52-й гв. стрелковой дивизии были сокрушены, и немецкие танки и пехота атаковали готовившиеся к наступлению на плацдарм подразделения 95-й гв. стрелковой дивизии. Артполк дивизии еще не успел выйти на позиции, но артиллерия стала основным средством сдерживания наступления противника. Уже в середине дня пришлось вступить в бой с эсэсовцами «Мертвой головы» частям 6-й гв. воздушно-десантной дивизии. Они спешно окапывались на позициях в глубине обороны к северу от плацдарма. Также средством блокирования прорыва «Мертвой головы» с плацдарма стало сосредоточение против него артиллерии соседних дивизий 5-й гв. армии, в том числе 42-й гв. стрелковой дивизии с южного берега Псёла.