10 июля 5-я гвардейская армия была переподчинена Воронежскому фронту и в ночь на 11 июля в ходе оборонительного сражения под Курском заняла оборону по реке Псёл на рубеже Обоянь — Ольховатка — Семёновка — Весёлый. Утром 11 июля 1-я танковая дивизия СС «Лейбштандарт СС Адольф Гитлер» начала наступление на стыке 95-й гвардейской стрелковой и 9-й гвардейской воздушно-десантной дивизий (33-й гвардейский стрелковый корпус). В ходе оборонительных сражений армия нанесла противнику тяжёлый урон. 12 июля армия наряду с 5-й гвардейской танковой армии приняла участие в контрударе Воронежского фронта и в сражении под Прохоровкой.