À l'est, la 7e armée de la garde avait bloqué les divisions de Kempf après leur traversée du Donets, découvrant le flanc droit de la 4e armée blindée. Alors en pointe, l'offensive allemande entière semblait s'enliser. Malgré tout, la menace d'une percée restait préoccupante pour la Stavka et celle-ci décida de déployer des troupes initialement planifiées pour n'être utilisées que dans la contre-offensive et ce afin de renforcer la 6e armée de la garde et donner un coup d'arrêt définitif à l'avancée allemande. La 5e armée blindée de la garde, renforcée par deux corps blindés indépendants, se déploya donc, le 12 juillet, à l'est de Prokhorovka et se prépara à contre-attaquer sur le flanc du IIe SS Panzer Korps. La bataille qui en résultat est connue sous le nom de bataille de Prokhorovka. Elle dura deux journées entières, les 12 et 13 juillet, sur un territoire d'environ vingt kilomètres carrés. De par la concentration dans l'espace et dans le temps, elle est souvent considérée comme le plus grand affrontement de blindés de tous les temps. Même si d'un point de vue du résultat tactique, ce fut plus une victoire allemande, les chars soviétiques subissant de nombreuses pertes du fait de tir à longue portée, l'offensive allemande était dorénavant impossible à continuer, les unités étant épuisées par ce dernier effort. Plus que les pertes de blindés, il semble que l'infanterie allemande ait beaucoup souffert de la contre-attaque. Ce coup d'arrêt coïncide de plus, avec le débarquement des forces anglo-américaines en Sicile dans l'Opération Husky, le 11 juillet et le début de la contre-offensive soviétique sur le nord du saillant. La Wehrmacht, épuisée, doit renoncer à continuer l'opération Zitadell et essayer de contrer l'offensive de l'armée rouge qui va suivre.
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