На фронте советской 1-й танковой армии немцы предприняли попытку развить наступление из района Луханино- Сырцев-Яковлево в северо-западном направлении, в полосе 31-го танкового и 3-го механизированного корпусов. Около 3 часов утра 7 июля основные силы немецкого 48-го танкового корпуса, а также дивизии лейбштандарт СС "Адольф Гитлер" (по советской оценке - до 700 танков и САУ) после мощной артиллерийской и авиационной подготовки нанесли удар на 10-километровом участке вдоль Обоянского шоссе.
Стремясь сорвать наступление противника, с 4:40 до 6:40 авиация 2-й воздушной армии крупными силами (79 самолетов-штурмовиков 1-го штурмового авиационного корпуса генерала Василия Рязанова под прикрытием 66 истребителей 8-й гвардейской истребительной авиационной дивизии полковника Ларюшкина) нанесла два удара по скоплениям бронетехники моторизованной дивизии "Великая Германия", 11-й танковой дивизии и дивизии лейбштандарт СС "Адольф Гитлер" в районе Сырцево-Яковлево, вновь применив кумулятивные авиационные бомбы, причем, по советским данным, этими ударами было повреждено или уничтожено более 200 бронированных машин противника разных типов. Западнее, в районе Черкасского, шесть ударов по германским войскам нанесли группы самолетов-штурмовиков 291-й штурмовой авиационной дивизии полковника Витрука. Командующий 17-й воздушной армией генерал Судец также получил задачу в период с 4 до 13 часов 7 июля организовать сосредоточенный удар всеми силами 1-го и 9-го смешанных авиационных корпусов по танкам и автотранспорту противника в районе Ольховка-Козьмо-Демьяновка-Выковка- Дмитриевка. В результате представитель Ставки Верховного Главнокомандования начальник штаба ВВС Красной армии генерал Сергей Худяков сообщил маршалу Новикову, что принятое накануне решение об изменении тактики действий авиации в сторону ее массированного использования оказалось совершенно правильным, а командование Воронежского фронта признало боевую работу авиации значительно более эффективной, чем ранее.
Действительно, в связи с налетами вражеских штурмовиков немецким войскам пришлось перейти к более рассредоточенным походным и боевым порядкам (генерал Фангор отмечает, что после 6 июля пришлось исключить маневры в узких боевых порядках), а также постоянно укрывать технику в лесных массивах и на пересеченной местности, где эффективность кумулятивных авиационных боеприпасов резко снижалась. С другой стороны, потери немцев от кумулятивных бомб ограничивала низкая боевая выучка пилотов советской штурмовой авиации, которые во многих случаях производили бомбометание с большой высоты, опасаясь зенитного огня. Кроме того, характеризуя обстановку в воздухе 7 июля, вновь следует прежде всего отметить интенсивность боевой работы ударной авиации немецкого 8-го авиационного корпуса - 1444 боевых вылета против 507 самолето-вылетов штурмовых частей из состава 2-й и 17-й советских воздушных армий. Такое превосходство нельзя было компенсировать одним только применением кумулятивных боеприпасов, не говоря уже о том, что общие потери двух указанных советских объединений за 7 июля составили 41 самолет Ил-2 (и еще 30 самолетов других типов), тогда как 8-й авиационный корпус утратил уничтоженными и поврежденными 7 бомбардировщиков и пикирующих бомбардировщиков, а также 19 истребителей и штурмовиков типа Fw-190.
Несмотря на относительно эффективное противодействие авиации противника, боевые группы дивизии "Великая Германия", 3-й и 11-й танковых дивизий атаковали позиции 1, *3 и 10-й механизированных бригад 3-го механизированного корпуса из района Дмитриевка-Ольховка. В атаках было задействовано до 300 танков (по советским данным), включая и выдвинутые в первую линию танки "Тигр". На первом этапе наступления, на рассвете, 2-й батальон панцер-грена-дерского полка дивизии "Великая Германия" при поддержке танков овладел селом Дуброва. Это позволило основным силам панцер-гренадерского полка продвинуться с востока в обход противотанкового опорного пункта противника на хуторе Сырцев. В то же время панцер-фузилерный полк обошел Сырцев с запада, используя овраг в районе пруда Луханы к востоку от Луханина, после чего боевые группы обоих полков концентрическими ударами овладели этим пунктом и открыли путь танковой боевой группе для развития наступления к селу Сырцево. Однако танковая боевая группа Штрахвица сразу же натолкнулась на невыявленное минное поле, что приостановило дальнейшее наступление. После преодоления минного поля завязался огневой бой с окопанными танками противника на рубеже севернее хутора Сыр-цев. Понеся в этом бою значительные потери, 1-я механизированная бригада полковника Федора Липатенкова отступила в район села Сырцево, а 3-я бригада полковника Амазаспа Бабаджаняна оставила ключевую высоту 254,5, где находился командный пункт бригады и позиции корпусного 35-го истребительно-противотанкового артиллерийского полка, и начала отход в северном направлении на Гремучий. При отступлении механизированные и стрелковые части (из состава 51-й и 67-й гвардейских стрелковых дивизий) попали под массированный удар немецкой артиллерии и авиации (действовала группами по 60-80 самолетов, с интервалами 10-15 минут) и понесли большие потери (по немецким данным, 7 июля две эскадры штурмовой авиации и группа майора Купфера совершили 946 боевых вылетов и уничтожили 44 советских танка, 20 орудий, около 50 автомашин, потеряв при этом 4 своих самолета). В батареях 27-й истребительно-противотанковой артиллерийской бригады подполковника Чеволы, прикрывавшей участок Алексеевка- Луханино-Сырцев, к исходу 7 июля осталось только две пушки ЗИС-З.
Во второй половине дня дальнейшее продвижение частей дивизии "Великая Германия" вначале было приостановлено угрозой с правого фланга. 49-я танковая бригада подполковника Александра Бурды, которая оставалась во втором эшелоне 3-го механизированного корпуса в районе Покровки, действовала оттуда методом "подвижных засад". Затем, уже в районе села Сырцево, танковая боевая группа полковника Штрахвица встретилась с сильным огнем 461-го истребительно-противотанкового артиллерийского дивизиона 1-й механизированной бригады под командованием капитана Виктрра Арсентьевича Мироненко. Когда группа вражеских танков прорвалась к позициям дивизиона, Мироненко оставил свой наблюдательный пункт, лично встал к орудию вместо убитого бойца и погиб при отражении танковой атаки, за что ему было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.
В то же время боевой группе панцер-гренадерского полка дивизии "Великая Германия" удалось обойти Сырцево с востока и выйти на подступы к селу Верхопенье. К исходу 7 июля боевая группа в составе роты бронемашин разведывательного батальона под командованием ротмистра Шпатера, дивизиона штурмовых орудий капитана Франца и 1-го батальона панцер-гренадерского полка майора Ремера, действуя при поддержке с юга со стороны панцер-фузилерного полка полковника Шульте-Хойтхауса, овладела высотой 230,1, которая представляла выгодную исходную позицию для продолжения наступления на северо-запад и атаки Сырцева с севера. 2-й батальон панцер-гренадерского полка продолжил наступление в направлении Новоселовки и к наступлению темноты выбил противника с хутора Гремучий. Этим был завершен прорыв второй полосы обороны Воронежского фронта.
В связи с создавшейся угрозой окружения левофланговых частей 3-го механизированного корпуса в районе Покровки командующий корпусом генерал Кривошеин получил приказ командования 1-й танковой армии отвести 49-ю и 1-ю гвардейскую танковые бригады на рубеж Верхопенье-Новоселовка, не теряя при этом "локтевой" связи с 31-м танковым корпусом.
Вместе с тем в полосе 6-го танкового корпуса 1-й танковой армии части 332-й пехотной дивизии немцев 7 июля не возобновляли атаки и даже начали укреплять свои позиции, прикрывая подходы к ним минными полями. Это дало русским возможность отвести в резерв 112-ю и 200-ю танковые бригады 6-го танкового корпуса, которые по приказу Катукова выдвинулись на рубеж Сырцево-Верхопенье для ликвидации угрозы прорыва фронта 3-го механизированного корпуса, и к исходу дня уже вступили в бой с противником. 112-я танковая бригада под командованием полковника Михаила Трофимовича Леонова, находившаяся до этого во втором эшелоне 6-го танкового корпуса, завязала встречный бой с передовым отрядом танковой боевой группы дивизии "Великая Германия" севернее и северо-восточнее Сырцева, в результате которого уничтожила и подбила 21 танк, тогда как потери бригады составили 15 машин типа Т-34.
По приказу Катукова генерал Гетман направил к Сыр-цеву оба минометных полка, находившихся в распоряжении 6-го танкового корпуса, - 270-й и 79-й гвардейский минометные полки. Для усиления обороны Верхопенья на этот же участок были дополнительно переброшены 222-й истребительно-противотанковый и 111-й гвардейский гаубичный артиллерийские полки, прибывшие из 38-й армии, которые заняли позиции для ведения огня прямой наводкой, а также два батальона противотанковых ружей.
Кроме этого, в районе Сырцево-Верхопенье были остановлены для сосредоточения и занятия обороны отходящие в тыл подразделения 51-й и 67-й гвардейских стрелковых дивизии 6-й армии. Пехота заняла оборону во втором эшелоне за частями 3-го механизированного корпуса, имея задачу не допустить распространения противника в северном и северо-западном направлениях. Отдельная 192-я танковая бригада под командованием полковника Александра Каравана, прибывшая в район южнее Обояни из состава 38-й армии Воронежского фронта, получила от командования 1-й танковой армии приказ переместиться ближе к переднему краю во второй эшелон 31 -го танкового корпуса.
Одновременно с этими событиями танковая дивизия лейб-штандарт СС "Адольф Гитлер" наступала из района Яковлева, через Покровку, в направлении на Малые Маячки и Грезное. Примерно в 10 часов утра левофланговая боевая группа дивизии в составе 1-го панцер-гренадерского полка, усиленного танковым батальоном, выбила из Покровки отряд прикрытия, оставленный советской 49-й танковой бригадой. Тогда командующий 3-м механизированным корпусом генерал Кривошеин полностью ввел в бой резерв. 49-я танковая бригада под командованием подполковника Бурды развернулась на Покровку и внезапной контратакой с ходу вновь овладела этим населенным пунктом, остановив продвижение противника к северо-западу, навстречу немецкой
11-й танковой дивизии. Пока эсэсовцы готовились к новой атаке, около 13 часов 49-я танковая бригада была вынуждена оставить Покровку, отойти к северу и развернуться фронтом на запад из-за угрозы со стороны дивизии "Великая Германия". Беспрепятственно овладев Покровкой, эсэсовцы стали продвигаться в стык между 49-й и 1-й гвардейской танковой бригадами. Этим движением они обошли с левого фланга части 1-й гвардейской танковой бригады 3-го механизированного корпуса под командованием гвардии полковника Владимира Горелова, которая также была вынуждена начать отход в северном направлении.
В связи с создавшейся критической ситуацией на линию обороны по приказу Ватутина были возвращены части 52-й гвардейской стрелковой дивизии 6-й гвардейской армии, начавшие этой ночью вывод в тыл для переформирования (в этой дивизии, к началу операции насчитывавшей 8,9 тысячи личного состава, после боев 5 и 6 июля в составе разрозненных подразделений удалось собрать всего около 2,5 тысячи солдат и офицеров), а 31-му танковому корпусу была дополнительно передана 180-я отдельная танковая бригада из состава 38-й армии под командованием полковника Михаила Киселева (Михаил Захарович Киселев), 29-я истребительно-противотанковая бригада и 1244-й истребительно-противотанковый артиллерийский полк из состава 40-й армии.
Три танковые бригады 31-го танкового корпуса, опоздавшие с выдвижением в район Красной Поляны, - 100, 237 и 242-я бригады - около 14 часов вступили в бой с правофланговой боевой группой дивизии лейбштандарт СС "Адольф Гитлер" - 2-й панцер-гренадерский полк и танковый батальон танкового полка, стремившейся прорваться на участке Большие Маячки-Малые Маячки-Грезное, чтобы выйти на Кочетовку. Во второй половине дня немцам удалось овладеть селами Большие Маячки и Грезное (исключая западную окраину), выбив оттуда 100-ю и 237-ю танковые бригады полковника Николая Иванова и майора Николая Проценко, при этом 13-я тяжелая танковая рота дивизии под командованием гауптштурмфюрера СС Генриха (Гейнца) Клинга (Heinrich Kling), укомплектованная танками "Тигр", использовалась для борьбы с противотанковой артиллерией 29-й истребительно-противотанковой бригады. Части 31-го танкового корпуса отошли на 4-5 км в район Сухо-Солотина, но прорваться к реке Псел у эсэсовцев не получилось, так как дорогу им преградили части 10-го танкового корпуса, которые к 19 часам 7 июля стали выходить в полосу обороны 6-й гвардейской армии. К 21 часу на рубеже поселков Красный Октябрь-Прохоровка (поселок на южном берегу реки Псел, одноименный со станцией Прохоровка) - Козловка заняла оборону 11-я мотострелковая бригада 10-го танкового корпуса под командованием полковника Порфирия Бородкина. Благодаря этому советские войска удержали за собой южный берег Псела. Вечером того же дня 52-я гвардейская стрелковая дивизия (без 155-го гвардейского стрелкового полка) была выведена из района Кочетовка-Грезное на рубеж по северному берегу реки Псел, закрепившись на фронте Красный Октябрь-Полежаев, чтобы исключить возможность беспрепятственной переправы противника через Псел и его дальнейшее продвижение на север.
Дивизия СС "Рейх", после безуспешной атаки на станцию Беленихино, где закрепились соединения 5-го гвардейского танкового корпуса, приступила к сосредоточению танков и артиллерии в районе хутора Калинин. Панцер-гренадерские полки "Германия" и "Фюрер" дивизии "Рейх" удерживали фронт от Тетеревина в южном направлении вдоль реки Липовый Донец.
Дивизия СС "Мертвая голова" вела частные боевые действия на фронте Вислое-Шопино с целью выхода на рубеж реки Липовый Донец и надежного прикрытия восточного фланга немецкой 4-й танковой армии.
В целом к вечеру 7 июля линия обороны советских войск в полосе наступления 4-й танковой армии отодвинулась на рубеж Раково-Сырцево-Красная Дубрава-высота 249,0- высота 252-Грезное. Продвижение немцев на участке 48-го танкового корпуса за день составило около 8-10 км, а 2-го танкового корпуса СС - до 16-18 км, общая глубина прорыва на Обоянском направлении к 8 июля превышала 35 км.
Согласно данным штаба группы армий "Центр", за 7 июля 1943 года в полосе 4-й танковой армии группы армий "Юг" были достигнуты следующие результаты наступления: взято в плен 2709 солдат и офицеров противника и 56 перебежчиков, уничтожено или захвачено 223 танка, 13 орудий, 1 реактивный миномет, 83 противотанковые пушки, 17 минометов, 73 пулемета, 23 самолета (сбиты пехотой).