Сражение произошло 8 сентября, в праздник Рождества Богородицы. Оно началось с поединка лучших татарского и русского воинов — Челубея и Пересвета. Затем в атаку устремилась татарская конница. Этим натиском был практически уничтожен передовой полк русского войска.

Однако на узком Куликовом поле Мамай не мог применить свою излюбленную тактику — охватить своей конницей все русское войско с флангов, чтобы затем нанести сокрушительный удар в тыл. Татары были вынуждены двигаться на нешироком пространстве друг за другом. Задние ждали, когда под русскими мечами полягут их передние товарищи, и лишь затем вступали в бой.

Место уничтоженного переднего полка русского войска занял главный полк. Мамай попытался зажать противника «в клещи», однако посланные им войска натолкнулись на отчаянное сопротивление русских полков правой и левой руки. Дмитрий Московский сражался в рядах главного полка в одежде и доспехах простого воина. Его плотным кольцом окружали московские дворяне.

По свидетельству очевидцев сражения, огромное пыльное облако, поднятое всадниками, закрыло солнце и сделалось темно, как ночью. Мамай бросал в бой все новые и новые подкрепления. Под их натиском дрогнули городские ополченцы. Был убит Михаил Бренко, который надел на себя княжеские доспехи Дмитрия Московского. Погибли все белозерские князья, которые охраняли великого князя московского. Сам князь Дмитрий был ранен.

Но в тот момент, когда татары окружили русский полк левой руки, в спину им ударил отряд Дмитрия Боброка, оставленный в засаде. Благодаря этому неожиданному удару татары, которые, казалось, окружили главный полк и левый фланг русского войска, сами оказались в окружении. И тогда в татарских рядах началась паника. Татары развернулись и побежали с поля боя. Позднее московский летописец так описал это событие: «И обратишася погании и даша плеща и побегоша...»

Попытка Мамая остановить бегущее войско, которое по численности все еще превосходило русское, не увенчалась успехом. Тогда и сам хан поскакал вслед за убегающими воинами. Русским достались большие трофеи — обоз противника и огромные стада коней, волов и верблюдов.

В этом сражении русское войско потеряло убитыми 40 московских бояр, 12 белозерских князей, 20 коломенских и 40 владимирских бояр и так далее. Похоронив убитых и отслужив молебен, русское войско двинулось назад на север.

Мамай после поражения в Куликовской битве бежал в кочевья на реку Мегу, а оттуда — в Кафу. В Кафе он был убит. Голову Мамая кафинцы доставили в подарок ордынскому хану Тохтамышу.

Перед возвращением русского войска с Куликова поля рязанский князь Олег бежал из своей вотчины, испугавшись мести Дмитрия, который отныне получил прозвище Донской.

Победа русского оружия на Куликовском поле положила начало полному разгрому Золотой Орды и освобождению от татаро-монгольского ига народов Восточной Европы. Москва являлась центром национального объединения в борьбе за освобождение от иноземного ига. После Куликовской битвы ее значение еще более выросло и окрепло.

После сокрушительного разгрома в битве на Куликовском поле Мамая единовластным правителем Золотой Орды стал хан Тохтамыш. Чтобы возвратить себе утраченную власть над русскими землями, он в 1382 году предпринял поход на Москву. Тохтамыш нашел себе союзников из тех русских князей, которые были противниками объединительной политики, проводимой московским князем. Рязанский князь Олег указал Тохтамышу броды на реке Оке, нижегородские князья присоединились к его войску и вместе с ним двинулись на Москву. Московский князь не сумел быстро организовать оборону. Куликовская битва значительно ослабила боеготовность русских войск. Организованному отпору мешали и несогласованные действия московского князя и бояр.

В то время, когда московский князь Дмитрий Донской выехал в Переяславль, а затем в Кострому для сбора ратных сил, митрополит Киприан и несколько московских бояр, испугавшись нашествия, бежали из столицы.