到了7月10日，黨衛軍第2裝甲軍也力圖向新的目標——普羅霍羅夫卡攻擊前進。這個泥濘的雨天。由於希特勒警衛旗隊師未能到達指定地點，裝甲軍隻能以骷髏師和帝國師首先進攻。上午10：00。骷髏師開始發動攻擊，冒著蘇軍的猛烈炮火和頑強抵抗，強渡普肖爾河。下午15：00，在付出慘重代價後，艾克裝甲擲彈兵團1營成功的穿過普肖爾河，並於2個小時後，建立了橋頭堡陣地。在7月10日至11日的晚間，蘇軍對骷髏師建立的橋頭堡地區不斷地進行攻擊，一開始是連級規模，然後是營級的衝鋒，每一次都有猛烈的炮火支援。情況對於骷髏師相當不利，彈藥消耗極大。此外，瓢潑大雨使得普肖爾河南麵形成一條寬約500碼的沼地。車輛這裏根本無法通行。於是，擴大橋頭堡的攻擊被推遲到第二天。
7月11日，在空軍的配合下，希特勒警衛旗隊師，以帝國師掩護右翼，向普羅霍羅夫卡發起了猛攻，很快突破蘇軍第2坦克軍的防線，希特勒警衛旗隊師沿著交通線衝向普羅霍羅夫卡。骷髏師的前鋒部隊在普肖爾河橋頭堡遭遇了蘇軍猛烈的炮擊，前進道路在中午又因為暴雨而泥濘不堪。直到下午，骷髏師才得以在希特勒師左翼，進行擴大橋頭堡的行動，但是在傷亡了430人後，仍未能達成全部目標。
7月11日至12日夜間時，頑強的黨衛軍第2裝甲軍已經逼近普羅霍羅夫卡西郊，為了粉碎這一攻勢，蘇軍匆忙投入了實力強大的近衛第5坦克集團軍，該集團群下轄2個坦克軍和1個機械化軍，擁有超過700輛坦克和突擊炮。夜間，蘇軍仍在不停轟擊骷髏師建立的橋頭堡陣地，甚至出動了轟炸機。淩晨3：15，蘇軍出動了1個營的兵力攻擊了“骷髏”裝甲擲彈兵團1營在克柳奇西麵的陣地。到了5：00，希特勒警衛旗隊師的先頭部隊已經抵近普羅霍羅夫卡西南。早上6：30分，骷髏師裝甲團1營在克柳奇的西麵開始進行反擊，蘇軍被迫向米哈伊羅夫卡撤退。但是僅僅過了1個小時，蘇軍就發動了猛烈的反擊：7：30，蘇軍首先在克柳奇南麵發起一次攻擊；1分鍾後，蘇軍又有1個整營從利斯基向普肖爾河發動進攻；5分鍾後，蘇軍又出動了2個步兵團在40輛左右的坦克支援下，攻擊瓦希裏耶夫卡東麵的艾克裝甲擲彈兵團，這裏正是骷髏師和希特勒警衛旗隊師的結合部的後方。上午8：30整，蘇軍近衛第5坦克集團軍在普羅霍羅夫卡對黨衛軍第2裝甲軍，尤其是希特勒警衛旗隊師發起反擊，東線戰役以來最大規模的坦克戰爆發，雙方數百輛坦克在一塊狹窄的地域展開持續數小時的激戰。
到了9：00，骷髏師整個裝甲團都渡過了普肖爾河，抵達北岸：一場激烈的坦克戰同時也開始打響，戰鬥中雙方都損失慘重，而蘇軍卻一點沒有停下來的意思，仍在不停的投入部隊反擊。中午11：00，骷髏師以虎式重裝甲連打頭，在凶猛的炮火配合下，擊退了突入瓦希裏耶夫卡的2個步兵團和蘇軍坦克部隊。中午11：15分，黨衛軍第2裝甲軍命令骷髏師，“強渡米哈伊羅夫卡地區的普肖爾河，並包抄在河南麵作戰的敵軍後路”。不過，骷髏師現在的情況很不樂觀，由於其左翼部隊遭到蘇軍的重創，人員損失慘重。大部分連的人數已經下降到不到100人。於是師參謀部決定從斯納門卡的南麵的新兵預備營中抽調新兵，補充兵力。下午16：45分，位於骷髏師右翼的“艾克”裝甲擲彈兵團，在坦克的掩護下，拿下了瓦希裏耶夫卡，協助希特勒警衛旗隊師擊退了蘇軍的坦克突擊。在傍晚之前，骷髏師以陣亡69人，負傷231人，16人失蹤的代價，擊毀蘇軍27輛坦克，並俘虜了238人。晚上，骷髏師以裝甲團和“艾克”裝甲擲彈兵團為主力，以大量坦克和摩托車為先導，試圖從西北麵繞過普羅霍羅夫卡，蘇軍出動了3個近衛步兵師進行阻擊，頑強的骷髏師仍不停的向東北方推進。
骷髏師裝甲團5連的施坦納軍士這樣描述這次戰鬥：“我們又一次遭遇到敵軍一個偽裝得非常好的步兵陣地，為了擋住我們，俄國人的炮彈甚至直接落在我們和他們自己的步兵之間！“後撤！”我們別無選擇。我們後退了大約200米後向左轉向，打算從敵軍陣地側麵繞過。這時候，耳機裏麵傳來連長的聲音：“全連朝著信號彈方向前進，在那裏集結！”於是我們開足馬力全速向著左翼信號彈亮起的地方前進。隨後，我們的步兵團從我們右側以分散的隊形前進。我們的連長座車衝在領頭位置，他習慣這樣做。我們緊隨其後，迅速越過一個小土坡。突然，我的炮長大喊：“榴彈！12點方向，反坦克炮，500米！”敵軍這門反坦克炮火光一閃，我們的彈藥手已經把炮彈推上膛。“射擊！”隨著一聲爆炸，榴彈準確命中這門反坦克炮，碎片，無論是零件還是人體，四處分散。我們的步兵們也已經陷入激烈的坦克戰當中，隨著連長一聲令下，我們連的一些坦克立刻趕去支援，這時候是晚上8點。”