O godz. 11 opadła poranna mgła i rozpoczęły się harce. Zgodnie z tradycją doszło też do pojedynku dwóch najzręczniejszych rębajłów w obu armiach. Rusini wystawili woja Pereswieta, Tatarzy – Temir-murzę zwanego też Czełubejem. Starcie na kopie zakończyło się remisem, ale bez możliwości dogrywki, bo obaj polegli. To widowisko, choć krótkie, było na tyle dynamiczne, że wywołało u wojowników po obu stronach przypływ adrenaliny. Wkrótce zaczęła się wielka bitwa.
Pierwsze z lekką konnicą tatarską starły się „storoża” i pułk przedni. Książę moskiewski wiedział, że początkowy etap bitwy to z reguły starcie straceńcze, oddał więc komendę nad pułkiem wielkim wojewodzie Brence (ten ponoć przywdział zbroję księcia i dosiadł jego konia), a sam zabrał się do dyrygowania kolejnymi rzutami jazdy przedniej. Nikt się nie oszczędzał: „i bój był mocny, a rzeź bardzo zła”, jak pisał kronikarz. Po zniszczeniu „storoży”, której resztki wycofały się na tyły, Tatarzy zabrali się za wyżynanie pułku przedniego. Dymitr Iwanowicz jednak nie posłał mu wsparcia. Bezwzględnie trzymając się planu, czekał na dalsze ruchy przeciwnika.
Wtedy Mamaj pchnął do walki wojska na całej długości frontu. Fatalnie poszło mu na lewym skrzydle, gdzie pułki książąt rostowskiego, starodubskiego i wojewody Grunki dały się mocno we znaki jego jeździe, która nie podjęła już kolejnych ataków. No, ale nie tu wódz tatarski zamierzał rozstrzygnąć bitwę. W centrum i na prawym skrzydle na razie wszystko szło, tak jak sobie zaplanował: pod naporem jazdy i piechoty ordyńskiej pułk wielki zaczął się sypać. W niebezpieczeństwie znalazł się chorąży, którego opadła zgraja ordyńców. Utrata chorągwi księstwa moskiewskiego mogła się zakończyć katastrofą. Na domiar złego ranny książę Dymitr Iwanowicz gdzieś się zapodział – nie mogąc się utrzymać w siodle, podobno zwalił się pod zrąbanym drzewem i tam doczekał końca bitwy. Głowy nie stracili jednak jego dowódcy Gleb Briański i Tymofiej Wieljaminow, którzy na czele pułków włodzimierskiego i suzdalskiego skutecznie wsparli pułk wielki i zażegnali kryzys w centrum.
Niebezpieczny dla Rusinów obrót przybrały wydarzenia na ich lewym skrzydle. Tutaj cały pułk uległ nawale wroga. Padli wszyscy znaczniejsi dowódcy, a niedobitki ustępowały w stronę Niepriadwy. Tatarzy wyszli na tyły pułku wielkiego. Niewiele wskórał osobisty odwód księcia moskiewskiego pod dowództwem Dymitra Olgierdowicza, bowiem Mamaj rzucił do walki wszystkie swoje rezerwy.
Dochodziła godz. 13, gdy z pobliskiego lasu wynurzył się pułk księcia Włodzimierza Sierpuchowskiego i wojewody Bobroka i z impetem natarł na wroga. Nagłe pojawienie się kilku tysięcy ruskich wojów i chłopstwa było ponad siły Tatarów, którzy rzucili się do ucieczki. Nowe siły wstąpiły też w pułk wielki i pułk odwodu księcia moskiewskiego, które poderwały się do kontrataku. Zaczęła się pogoń i rzeź uchodzącego wroga. Mamajowi udało się zbiec, gorzej poszło tysiącom jego żołnierzy, których Rusini wyrżnęli w czasie pościgu. Zwycięzcy krwawo okupili wiktorię. Szacuje się, że stracili około 20 tys. ludzi. Ruscy kronikarze zgodnie wspominają, że po bitwie „opustoszała ziemia ruska”.
