Утром 8 сентября над полем стоял густой туман. Дмитрий расставлял войска для решающего боя, возможно, еще накануне вечером. Ему помогал талантливый полководец Дмитрий Боброк с Волыни и литовские князья – братья Ягайлы, принявшиеся сторону Дмитрия.
Тылом русское войско стало к Непрядве, имевшей обрывистый, крутой берег. В центре расположился большой полк во главе с московским воеводой Вельяминовым. Тут же занял место в общем строю и сам князь.
Полк правой руки был прикрыт обрывистым берегом Нижнего Дубняка. Командовал литовский князь Андрей Ольгердович. Полк левой руки, которым руководили князья Василий Ярославский и Феодор Моложский, прикрывали Смолка и лесистый овраг. Именно тут было наиболее слабое место в русском боевом порядке. Поэтому позади полка левой руки был выставлен резервный полк во главе с Дмитрием Ольгердовичем, а еще левее, в Зеленой Дубраве, – засадный полк. В засаде остались отборные воины под началом серпуховского князя Владимира и Дмитрия Боброка Волынца.
Переднюю позицию заняли передовой и сторожевой полки Симеона Оболенского и Иоанна Тарусского.
В центре войск Мамая находилась наемная пехота, по флангам – сильная конница.
Дмитрий дал приказ продвинуться вперед. К ним с Красного холма направились татарские войска. Спустившись, татары вынуждены были стать очень тесно. Места для разворачивания всех сил на поле боя не было. Таким образом русским удалось нивелировать численное преимущество противника.
К 11 утра обе стороны были готовы к бою. «И бе страшно видети две силы великиа снимающеся на кровопролитие, на скорую смерть». Перед боем Дмитрий объезжал свои войска, выкрикивая ободряющие слова. Затем он вернулся на свое место и надел боевые доспехи. В княжескую одежду облачился один из приближенных Дмитрия. Над ним же развевалось княжеское знамя.
Когда друг к другу приблизились передовые полки обеих армий, из татарского строя выехал на середину могучий всадник Темир-мурза. По обычаю того времени предстоял стартовый поединок двух сильнейших воинов. Из русского полка выехал монах Пересвет – до пострига брянский боярин Александр, – тоже не слабого сложения витязь. Богатыри на всем скаку вонзили друг в друга копья и упали замертво. Говорят, что столкновение было настолько сильным, что и земля под ногами задрожала, и даже кони их тоже упали мертвыми.
После этого поединка начался бой – по всей видимости, исключительно ожесточенный и кровавый. Татары одолели передовой полк и врезались в большой, но его опрокинуть не смогли. Помогла стойкость владимирских и суздальских воинов. Тогда бо́льшая часть конницы сконцентрировала свои усилия на левом фланге рати Дмитрия. Возникла реальная угроза захода в тыл русского войска. Положение выправил резерв Дмитрия Ольгердовича. В самой гуще сечи в большом полку дрался Дмитрий Иванович. По сообщениям летописца, под князем пало два коня, Дмитрий сражался пешком, пока, израненный, не вышел из боя. Правый полк успешно отразил все атаки противника.
К трем часам дня положение левого фланга было уже кризисным. Все больше татар бросались в образовавшуюся брешь и теснили полк левой руки к Непрядве.
Тем временем в засадном полку Владимир Андреевич несколько раз порывался идти на помощь землякам левого фланга, но каждый раз его удерживал опытный Боброк: «Пождите мало, еще есть бо вам с кем утешитися». Настал решающий час. Около четырех часов переменился ветер, который до этого дул в лицо засадному полку и лишал его возможности стремительно вылететь на врага. Тогда Волынец воскликнул: «Час прииде, время приближися! Братия моя и друзи, дерзайте!» Воины полка дружно вылетели из засады и ударили в тыл увлекшимся боем с левым флангом русских татарам. При виде новых, свежих всадников те пришли в замешательство. Одновременно, почувствовав перелом в ходе сражения, воспрянули и контратаковали остальные русские полки.
Видя поражение своих войск, Мамай кинулся спасаться бегством. Побежала и орда. Русские полки преследовали противника на расстоянии до 30–40 километров до реки Меча. Мамаю удалось уйти лишь с малой дружиной. Остальные полегли на поле боя или были потоплены в Непрядве: небольшая речушка до половины была наполнена трупами.
