В битве приняло участие примерно 1500 танков, 800 с советской стороны и 700 — с немецкой. Советская армия в сражении была представлена 2-й воздушной армией, 5-й гвардейской армией, 5-й гвардейской танковой армией и 18-м танковым корпусом. Немецкую армию на Прохоровском поле представляли 1-я моторизованная дивизия Лейбштандарт СС «Адольф Гитлер», 2-я моторизованная дивизия СС «Райх» и 3-я моторизованная дивизия СС «Мёртвая голова». Вместе немецкие подразделения составляли 2-й танковый корпус. Командовали советскими войсками генерал-лейтенант танковых войск Павел Ротмистров и генерал-лейтенант Алексей Жадов, немецкими — обергруппенфюрер Пауль Хауссер. Воронежским фронтом командовал генерал Николай Ватутин.
Немцы в этой битве особо рассчитывали на новейшие тяжёлые танки «Тигр», серийное производство которых началось за год до Прохоровского сражения — в августе 1942 года. Именно после их появления на боевых полях приказ Вермахта не вступать в сражения с Т-34 был отменён. Однако благодаря советским разведчикам технико-тактические характеристики смертоносной бронемашины Вермахта к моменту начала боёв на Курской дуге уже были в конспектах офицеров и солдат РККА. «Тигры» имели преимущество в дальности стрельбы и толщине брони, поэтому советские танкисты получили указание максимально сближаться с ними, стрелять на ходу и заходить противнику в бок. Танки «Пантера» в Прохоровском сражении участия не принимали, они действовали с составе дивизии «Великая Германия» на Обоянском направлении.
Советская армия использовала на Курской дуге средние танки Т-34, в скорости и маневренности равных которым в мире не было, и лёгкие Т-70, самоходные установки Су-122 и Су-76, а также 25 британских танков «Черчилль».
В ходе зимнего наступления Воронежского фронта Красной Армии образовался «выступ», который насчитывал до 150 километров в глубину и до 200 в ширину. Именно он вошёл в историю как «Курская дуга».
Немецко-фашистское командование хотело ударить по нашим войскам со стороны Орла и Белгорода, соединить свои силы в районе Курска и окружить советскую группировку. В районе возможного наступления немцев были сооружены три линии укреплений — с минными полями, огневыми точками и позициями артиллерии. При этом всему фронту ощущалась нехватка противотанковых пушек. Во многом поэтому немцам удалось прорвать две советские укреплинии и выйти к Прохоровке.
В наступление немцы пошли 5 июля, а на следующий день отбили два советских контрудара. 8 июля они свернули от операционной линии Обоянь-Яковлево к Прохоровке. В северной части дуги немцев остановили 10 июля в районе Понырей. План немцев изменился — теперь они рассчитывали пробиться к Курску через излучину реки Псёл.
11 июля немецкие войска заняли исходные позиции для взятия Прохоровки. В этот же день советские войска остановили их первую танковую атаку. Утром 12 июля наши войска начали мощнейшую артиллерийскую подготовку, под прикрытием которой советские танки пошли в наступление. Его в 8-30 осуществил скрытно переброшенный на поле боя советский танковый резерв. Его атака стала превентивной, так как немцы запланировали на утро своё очередное наступление.
Ширина поля боя составляла всего 10 километров. Танки быстро смешались. В кромешном дыму свои танки от чужих часто можно было отличить только по силуэтам. От прямого попадания снарядов боевые машины взрывались на полном ходу. Танкам срывало башни, гусеницы разлетались по сторонам. Экипажи подбитых танков искали противников, чьи машины тоже были выведены из строя, и вступали в бой с применением личного оружия и в рукопашную. Командир одной из танковых рот Черторижский подбил вражеский «Тигр», но оказался подбит и сам. Выпрыгнув из танка, экипаж потушил свою машину и снова пошёл в бой.
Две немецких атаки с флангов были отбиты срочно подтянутыми подкреплениями, после чего врага начали теснить в южном направлении, а к вечеру отбросили на 10-12 километров. Поле боя осталось в тылу у советских войск, что означало победу в Прохоровском сражении. Советская армия потеряла в битве 60% использовавшихся танков, немецкая — 75%.
После Курской битвы, которая продолжалась 49 дней, был сорван план наступления немецких групп армий «Юг» и «Центр» «Цитадель». Красная Армия окончательно захватила стратегическую инициативу по всем фронтам, которую не отдавала уже до конца Великой Отечественной войны.