Схема протистояння
Дмитро Іванович виставив в авангард сторожовий полк, за ним стояв передовий полк, позаду — великий піший полк з резервом, на флангах розташовувалася кіннота. В резерві зберігалася легка кіннота, був також секретний засадний полк за лівим флангом.
Напередодні битви Дмитро об’їхав усі полки. Через ранкового туману сутичка почалася в 12 годин. До цього російські війська обмінювалися трубними сигналами. Після сутичок передових піхотинців на легендарний поєдинок вийшов татарин Челубей і чернець Олександр Пересвіт. Загинули обидва, але Пересвет зумів вибити суперника з сідла. Почалася запекла січа.
У великому полку в княжих обладунках бився боярин Михайло Андрійович Бренк. Він відвернув увагу татар на себе і склав голову на полі брані. Князь Дмитро був одягнений як простий ратник і надихав дружинників своєю доблестю.
Спочатку перевага сил була на стороні Мамая. Татарська кіннота повністю розгромила передовий загін і обрушилася на великий полк і лівий фланг, прагнучи зайти в тил і оточити. Дружинники несли великі втрати. Введення резерву затримав наступ татар в центрі. Тоді вони посилили натиск зліва і потіснили росіян. Несподівано в спину їм вдарила засадна кіннота під управлінням князя Серпуховського і воєводи боярина Боброка-Волинського. Кінні татари були загнані в річку і знищені. Тут же пішла в наступ литовська кіннота з резерву і правого флангу.
Мамай, за звичаєм монгольських воєначальників, спостерігав за битвою здалеку, з Червоного пагорба. Коли результат бою предопределился, він втік разом із залишками війська. Руські воїни пустилися навздогін і добивали противника на відстані 50 км від місця битви. Сам великий князь пораненим впав з коня. Після битви його знайшли в лісі без свідомості.
Втрати росіян були колосальні: половина війська. Загинули і знатні князі, бояри, воєводи, і простий люд. Полеглих збирали 8 днів. В пам’ять про них з дубів Зеленої діброви зрубали церква.
Додому потягнулися обози з пораненими, але доїхали не всі: по дорозі на них нападали піддані князя Ягайла і мародери-рязанцев.
