Для сдерживания врага на Витебском направлении советским командованием было решено осуществить контрудар по немецким танковым частям в направлении Сенно (а затем, в случае удачи, в сторону Лепеля). Для осуществления этой задачи были выделены 5-й и 7-й механизированные корпуса в составе 20-й армии (командующий генерал-лейтенант П. А. Курочкин). Всего в советских танковых частях двух мехкорпусов было более 1000 танков. Многие танки в мехкорпусах были устаревшими легкими танками БТ-7 и Т-26, однако были и современные средние танки Т-34 и тяжелые КВ-1. Им противостояли соединения 39-го и 47-го немецких моторизованных корпусов 3-й танковой группы (командующий ген-п. Герман Гот), которые также насчитывали более 1000 танков.
Советское контрнаступление началось 6 июля. В бой с обеих сторон вышло не менее 1500 танков, тем самым, сделав его одним из крупнейших танковых сражений за всю историю человечества. Наступление, с большими потерями и некоторым успехом, продолжалось 7 и 8 июля. Однако, к вечеру 8 июля положение стало ухудшаться, поскольку гитлеровцы постоянно наращивали свою огневую мощь. Немецким танковым дивизиям помогала авиация. Наиболее тяжелые бои велись на рубеже реки Черногостница, и в районе Сенно.
9—10 июля советские соединения вели оборонительные бои, постепенно отступая. Так закончилось это контрнаступление. Потери советских частей составили около 60 процентов в людях и технике.
Контрудар признан неудачным для советской стороны, после ВОВ советскими властями замалчивался факт поражения в столь крупном сражении. Однако, определённую роль в истории начального этапа войны контрнаступление сыграло, задержав противника и значительно «потрепав» его танковые части.
В сражении под Сенно участвовал старший сын Иосифа Сталина Яков Джугашвили. За него он был приставлен к правительственной награде. Но уже 16 июля попал в немецкий плен под Лиозно.