Несмотря на тяжёлые потери, гитлеровское командование с утра третьего дня операции, 7 июля, возобновило наступление, нанося главный удар по левому флангу 1-й танковой армии.
Ценой колоссальных усилий и жертв враг в этот день прорвал вторую полосу обороны на участке 3-го мехкорпуса и 31-го танкового корпуса. С упорными боями, изматывая и обескровливая врага, эти корпуса к исходу 7 июля отошли на рубеж Сырцево, Верхоленье, Мал. Маячки, Грезное. Отход сочетался с массированными контратаками, что дало возможность закрепиться в ограниченные сроки на промежуточном рубеже и встретить наступавшего противника организованным огнём. За 7 июля вражеские войска хотя и продвинулись в глубину от 10 до 20 км, но оперативного прорыва не осуществили.
Учитывая большую активность противника на обоянском направлении, Ставка Верховного Главнокомандования, по докладу Маршала Советского Союза Василевского, находившегося в то время на Воронежском фронте, приказала из состава Степного фронта направить к западному берегу реки Оскол, в район Салтыкове, Меловое, Орлик, 5-ю гвардейскую танковую армию в готовности действовать в направлениях на Обоянь и Курск.
Выступив в 1 ч 30 мин 7 июля из района Острогожск, Берёзовая, Россошь, 5-я гвардейская танковая армия в составе 18-го и 29-го танковых корпусов и 5-го гвардейского мехкорпуса к утру 8 июля закончила сосредоточение в указанном ей районе, совершив в течение 30 часов 220-километровый марш. Кроме того, на усиление Воронежского фронта из состава 5-й гвардейской общевойсковой армии Степного фронта был направлен 10-й танковый корпус, из состава Юго-Западного фронта — 2-й танковый корпус. Эти два корпуса должны были сосредоточиться в районе Прохоровки.
Таким образом, уже на третий день операции к району боевых действий были направлены стратегические резервы, которые в значительной степени усилили оборону Воронежского фронта.
С утра четвёртого дня операции 3-й механизированный и 31-й танковый корпуса по-прежнему продолжали огнём с места и массированными контратаками отражать удары противника, стремившегося любой ценой прорваться в Обоянь. Под натиском превосходящих сил противника в течение 8 июля корпуса отошли в северо-западном направлении на 8—10 км, где вновь закрепились на промежуточном рубеже обороны и не допустили прорыва вражеских войск в глубину.
В этот же день противник пытался прорваться через реку Псел в восточном направлении. Но и эти действия не дали ему желаемых результатов. Они были парализованы подошедшими из резерва частями 10-го танкового корпуса, переданного в оперативное подчинение командующего 1-й танковой армии.
В последующие два дня операции, 9 и 10 июля, германское командование, несмотря на тяжёлые потери, продолжало направлять свои усилия против 3-го механизированного и 31-го танкового корпусов с целью выполнения основной задачи — выхода в Обоянь. Немцам удалось только потеснить советские части на 4—6 км в северо-западном направлении, но поставленной цели он не достиг. Наши корпуса в третий раз закрепились на промежуточном рубеже обороны. Для увеличения глубины обороны на обоянском направлении командующий фронтом передал в оперативное подчинение командующего 1-й танковой армией 5-й гвардейский танковый корпус, который к 10 июля расположился в районе Орловка — в тылу 3-го мехкорпуса.
Таким образом, целостность фронта нашей обороны на обоянском направлении не была нарушена.
Боевые действия 1-й танковой армии в оборонительной операции Воронежского фронта по своему характеру существенным образом отличались от действий 2-й танковой армии в оборонительной операции Центрального фронта. Если 2-я танковая армия вела оборонительные действия только на второй полосе обороны, изматывая противника огнём с места и короткими контратаками, то 1-я танковая армия, отходя под натиском превосходящих сил противника, изматывала его на промежуточных рубежах обороны. Действия 1-й танковой армии были направлены на удержание второй полосы обороны, с последующим выходом из боя, отходом на промежуточный рубеж обороны и занятием его. В течение пяти суток, с 6 по 10 июля, 1-я танковая армия силами 3-го механизированного и 31-го танкового корпусов последовательно удерживала вторую полосу обороны и три промежуточных рубежа обороны, нанесла противнику огромные потери и ни на одном участке не допустила прорыва вражеских войск в глубину. Общее продвижение противника к 10 июля на направлении его главного удара достигло 35 км, однако оперативного прорыва нашего фронта обороны он не осуществил.
Убедившись в невозможности преодолеть сопротивление 1-й танковой армии на обоянском направлении, немецкое командование с 10 июля прекратило дальнейшие попытки прорваться на Курск через Обоянь. Выставив заслоны против 1-й танковой и 6-й гвардейской армий, немцы начали перегруппировывать основные свои силы с обоянского на прохоровское направление. Кроме того, немецкие войска, действовавшие на корочанском направлении, должны были направить свои основные усилия также на Прохоровку. Тем самым противник стремился слить усилия своих группировок, действовавших на главном и вспомогательном направлениях, с тем, чтобы окружным путём прорваться к Курску.
В целях срыва немецкого наступления на прохоровском направлении, а также для того, чтобы иметь наготове ударные группировки при переходе в контрнаступление, Ставка Верховного Главнокомандования 9 июля приказала командующему Степным фронтом направить на белгородско-курское направление три армии: 27-ю армию с 4-м гвардейским танковым корпусом — в район Курска; 53-ю армию с 1-м мехкорпусом — на первый фронтовой рубеж Воронежского фронта, проходивший по реке Сейм; 5-ю гвардейскую общевойсковую армию — на рубеж (исключительно) Обоянь, Прохоровка. Кроме того, 5-й гвардейской танковой армии было приказано из района Салтыкове, Меловое, Орлик совершить за день 100-километровый марш с тем, чтобы к исходу 9 июля сосредоточиться в районе Бобрышево, Александровский, Большие Сети. С выходом 5-й гвардейской танковой армии в указанный район ей были переданы в оперативное подчинение 2-й гвардейский Тацинский танковый корпус и 2-й танковый корпус. Оба эти корпуса имели в своём составе около 200 исправных танков. Таким образом, к началу боёв в районе Прохоровки 5-я танковая армия имела в своём составе 793 танка, из них 501 танк Т-34, а остальные — Т-70.
К этому времени немецкое командование успело сосредоточить в районе западнее Прохоровки крупную группировку своих войск, насчитывавшую более 700 танков, в том числе свыше 100 танков «тигр» и тяжёлых самоходных орудий «Фердинанд». Таким образом, по количеству танков соотношение сил было примерно равным, но в тяжёлых танках противник имел перевес.
В ночь на 11 июля командующий Воронежским фронтом принял решение мощным контрударом разгромить главную группировку врага и восстановить ранее занимаемое положение. С этой целью 5-й танковой армии была поставлена задача — нанести во взаимодействии с 5-й общевойсковой армией контрудар в направлении Грезное, Яковлево; 1-й танковой армии силами 10-го и 5-го танковых корпусов во взаимодействии с войсками 6-й гвардейской общевойсковой армии нанести контрудар через Покровку также на Яковлеве. Готовность войск к нанесению контрудара устанавливалась к утру 12 июля.
