В Брянске армия сделала длительную остановку, ожидая пополнений. Туда прибыл главнокомандующий князь Ф. И. Мстиславский. Собранная в Брянске армия была разделена на пять полков.

Анализируя первые распоряжения Бориса Годунова, С. Ф. Платонов сделал вывод, что его ошибка весьма способствовала успеху самозванца. Опасаясь вторжения королевской армии со стороны Орши, царь назначил сборным пунктом для армии Брянск, одинаково близкий к Смоленску и к Орше, вследствие чего воеводы потеряли много времени. По-видимому, это не совсем верно. Брянск был выбран местом сосредоточения по той простой причине, что через этот город проходила большая дорога, издавна связывающая Москву с Северской землей.

Несмотря на все старания Разрядного приказа, главные силы русской армии смогли войти в соприкосновение с противником лишь через два месяца после начала интервенции.

Царские воеводы действовали вяло и нерешительно. Они прибыли в окрестности осажденного Новгорода-Северского 18 декабря 1604 года и провели три дня в полном бездействии. 20 декабря войска выстроились друг против друга на поле, но дело ограничилось мелкими стычками. Самозванец старался оттянуть битву переговорами, и это ему отчасти удалось. Мстиславский ждал подкреплений и не спешил с битвой.

В составе царской армии насчитывалось 25 336 человек, а вместе с боевыми холопами — до 40–60 тысяч. Без сомнения, у Мнишека было значительно меньше сил. Самозванец оказался в трудном положении, имея в тылу осажденную крепость, а перед фронтом — превосходящие силы неприятеля. Накануне битвы Басманов велел палить из всех пушек и делал частые вылазки, вследствие чего Мнишеку пришлось отрядить против него часть казацкого войска. Однако Мстиславский не сумел использовать всех выгод своего положения. Мнишек перехватил инициативу. 21 декабря польские гусарские роты стремительно атаковали правый фланг армии Мстиславского. Полк правой руки, не получив помощи от других полков, в беспорядке отступил, увлекая за собой соседние отряды.

Среди общего смятения одна из гусарских рот, следуя за отступавшими, повернула вправо и неожиданно оказалась в расположении ставки Мстиславского. Посреди ставки высился большой золотой стяг, укрепленный на нескольких повозках. Гусары подрубили древко стяга, сбили с коня Мстиславского и нанесли ему несколько ударов по голове. Безрассудно храбрый налет не мог дать больших результатов. Подоспели стрельцы. Кто из гусар успел вовремя поворотить коня, спасся. Прочие же вместе с их капитаном Домарацким попали в плен.

Царские воеводы имели возможность использовать свое огромное численное превосходство, но они так и не ввели в дело главные силы. Ранение Мстиславского вызвало растерянность воевод, которые поспешили отвести свои полки и полностью очистили поле боя.

Самозванец мог праздновать победу. По утверждению его соратников, поляки потеряли убитыми около ста двадцати человек, тогда как русских полегло до четырех тысяч человек. Данные о русских потерях были сильно преувеличены. Кроме того, надо иметь в виду, что поляки считали всех убитых русских вместе — и государевых ратников, и «воровских» людей. Хоронили их без разбору в трех больших могилах. Опытный солдат Я. Маржарет, участвовавший в битве, отметил, что обе армии после двух-трехчасовой стычки разошлись без особых потерь.

Успех Мнишека носил частный, преходящий характер. Общее положение на театре военных действий не изменилось. Утомительная и бесплодная осада Новгорода-Северского продолжалась. Со дня на день можно было ждать нового натиска многочисленной царской рати. Самозванца одолевало безденежье. Одержав верх над Мстиславским, наемники немедленно потребовали денег.