Стрельцы поставили перед собой возы с сеном. Это импровизированное укрепление очень помогло в бою с польской и казацкой конницей.
Русский сторожевой полк был атакован многочисленной польской конницей и после короткого боя отступил к главным силам. Противники теперь стояли лицом к лицу.
Самозванец и его польские советники главную надежду возлагали на закованную в латы тяжелую конницу с длинными пиками в руках. Удар кованой рати в сомкнутом строю должен был сокрушить правое крыло русского войска, а затем врезаться в центр, где находился стрелецкий строй. На другом своем фланге самозванец поставил запорожскую конницу, чтобы сковать боем противостоящую конницу русских воевод. В центре же находился «наряд», наемные пехотинцы и пешие казаки, которым отводилась вспомогательная роль — в случае неудачи прикрыть пушечным огнем конницу.
Бой начался яростной атакой тяжелой конницы самозванца на русский правый фланг. Здесь, впереди русской конницы, стояли отряды иноземцев-рейтар под командованием француза Маржерета. Наемники не выдержали удара и начали поспешно отступать, смяв стоящие позади них конные полки Мстиславского. Лжедмитрий I уже торжествовал победу. Немедля, он двинул свою тяжелую конницу на центр русского строя.
Но тут случилось то, чего сторонники самозванца совсем не ожидали. Стрелецкая пехота, стоявшая в нескольких шеренгах за возами, не устрашилась грозного зрелища кавалерийской атаки. Когда всадники в сверкающих латах, с белыми крыльями за спиной и яркими перьями на железных шлемах приблизились, грянул; залп из многих сотен пищалей, за ним еще и еще. Огонь велся почти непрерывно. Первые две шеренги, дав залп, опускались на правое колено, затем стреляли следующие две шеренги и тоже пригибались, давая возможность: выстрелить стоявшим позади стрельцам, а в это время первые шеренги заряжали свои пищали. Заграждение из возов охраняло их от прямой атаки конницы.
Эффект массированного залпового огня был ошеломляющим. Француз Жак Маржерет вспоминал в своих записках: «Сказанная пехота, видя поляков так близко, дала залп в десять или двенадцать тысяч аркебузных выстрелов, который произвел такой ужас среди поляков, что они в полном смятении обратились в бегство». Следом побежали казаки. «Пять или шесть тысяч всадников преследовали их более семи или восьми верст. Дмитрий потерял почти всю свою пехоту, пятнадцать знамен и штандартов, 30 пушек и пять или шесть тысяч убитыми, не считая пленных».
О том же повествует в «Кратком известии о Московии в начале XVII в.» и другой современник, голландский купец Исаак Масса: «Стрельцы из-за шанцев выстрелили из полевых пушек и затем открыли пальбу из мушкетов, и это нагнало на поляков такой страх, что они в полном беспорядке обратились в бегство».
В разрядной книге о сражении под Добрыничами записано следующее: «Литовских и польских и русских воров и черкас побили на голову, а убито польских и литовских и запорожских черкас и русских воров тысяч с 15 и больше, а живых всяких людей поймано тысяч семь…» Русское войско потеряло всего пятьсот ратников.
Дьяк Разрядного приказа, сделавший эту запись, несколько преувеличил число убитых и плененных «воров», но то, что победа была несомненной и полной, совершенно ясно. Самозванец с остатками своего разношерстного воинства бежал в Путивль.
Может быть, именно с этого дня воевода Михаил Шеин поверил в непреодолимую силу «огненного боя», в твердость русских «пешцев», занявших позиции за укреплениями, пусть такими ненадежными, как возы с сеном? Эта вера и уменье использовать лучшие качества русских «огненных стрельцов» и «наряда» крепко помогут ему в будущем…
А лично Михаила Шейна битва при Добрыничах привела к крутому повороту в жизни. По всей вероятности, он сражался на правом крыле русского войска, на который обрушился самый страшный удар польской Конницы, и проявил героизм: известно, что он спас от гибели главного воеводу — князя Мстиславского. За это ему была доверена великая честь: привезти в Москву весть о победе. В разрядной книге, сразу после записи о том, что «побили вора росстригу и литовских людей бояре и воеводы князь Федор Иванович Мстиславский с товарищами», добавлено: «Прислали к государю с сеунчом Михаила Борисовича Шеина».