Уже через 2 часа немцы провели традиционно короткую и сильную артподготовку по переднему краю, а авиация обработала артиллерийские позиции. Всё потонуло в грохоте разрывов, тучах пыли и гари. Творился ад: исчезали, перемешанные с землёй блиндажи, траншеи, в воздух летели фрагменты танков, разбитые пушки и останки людей. Разведчики без помех корректировали огонь.
За валом огня в атаку бросились сразу несколько танковых дивизий. 3-й ТК – на 25-й гв. СК 7-й гв. А, 2-й ТК СС – 23-й гв. СК 6-й гв. А и пехота 52-го АК – 22-й гв. СК. Главный удар приняла 6-я гвардейская армия ген. Чистякова: около 79 653 солдат, 3500 пулемётов, 2921 ПТР, 1500 миномётов, 1000 орудий, 92 "катюши", 91 зенитка, 120-133 танка и САУ и 2 бронепоезда, и правый фланг 7-й гв. армии ген. Шумилова – 76 831 чел., 4200 пулемётов, 2428 ПТР, 1100 миномётов, 850 орудий и 68 зениток), 45 "катюш", 222-224 танка и САУ и 97 бронемашин, 2 бронепоезда (В. Замулин).
По всему фронту закипели кровопролитные бои. И, хотя условия местности, инженерные заграждения и стрельба многочисленной артиллерии, вкупе с большим числом бронетехники, не позволили немцам применить танки массированно, они делали своё дело – неумолимо продвигались, взламывая опорный пункт за опорным пунктом. К исходу дня танки и гренадёры пробили на обояньском направлении узкую 8-10 км брешь. Назревал прорыв.
В ночь подбросили подкрепление – 1-ю ТА Катукова: около 30 000 солдат с 470 танков и 20 САУ и более 200 орудий, миномётов и зениток; на подходе находились её 3-й МК и 31-й ТК. На фланги 6-й гвардейской выдвинули 2-й Тацинский ТК – 227 танков и 5-й гв. Сталинградский ТК – 222. Танкисты-гвардейцы несколько отжали противника, но во встречных боях с эсэсовцами едва не были разбиты, и, понеся большие потери, откатились. Выручила 27-я истребительно-противотанковая бригада (уже потерявшая 30% л/с и 70% артиллерии и почти весь автотранспорт) и 33-я отпабр – немецкие танки выскочили на них и в схватке потеряли более 30 танков и САУ. Разошлись. Следующим контрударом 5,5 танковых бригад из трёх танковых корпусов эсэсовцев потеснили ещё немного.
На левом фланге клина 48-й ТК вовсе не имел продвижения, неся ощутимый урон от артиллерии и авиации противника, впервые массово применившей противотанковые бомбы ПТАБ – 2,5-1,5 (Ил-2 мог брать 192 шт. в 4 кассетах или 220 навалом), и только 7 июля у корпуса наметился "некоторый успех".
Зато на главном участке за второй день сражения немцы прорвали главную полосу обороны 6-й гвардейской армии, а к концу дня взломали вторую. Гибли целыми частями: стрелковыми, артиллерийскими, миномётными, танковыми. Глубина вклинения уже расширилась от 10 до 18 км. 3-й ТК, двигаясь в направлении Короча, вышел ко второй полосе обороны 7-й гв. А. 6-я гвардейская была почти разбита, части покидали позиции (красноармейцы бежали всегда и повсеместно, для борьбы с дезертирами организовывали заставы и привлекли 92-й полк НКВД: сначала по 700 человек ловили в день, с 12 июля счёт пошёл на тысячи). Фронт лишился сотен пушек. Исчерпав резервы, Ватутин обратился в Ставку за помощью. Сталин дал 2-й и 10-й ТК, 5-ю гв. А и 5-ю гв. ТА, двинув их к Прохоровке; 7 июля к 19-00 10-й ТК был уже на месте, приближались и другие соединения, сосредоточившиеся к утру 8-го.