В правление Дмитрия Московское княжество стало одним из главных центров объединения русских земель (наряду с Великим княжеством Литовским) , владимирское великое княжение стало наследственной собственностью московских князей, были одержаны значительные военные победы над Золотой Ордой, был построен белокаменный Московский Кремль. В 1365 году в Москве случился великий пожар Всесвятский, названный так, потому что начался в церкви Всех Святых. За 2 часа огонь уничтожил Кремль, Посад, Загородье и Заречье. Всесвятский пожар привёл к волне каменного строительства в столице княжества. В 1367 году Дмитрий Иванович начал строительство нового кремля — белокаменного.
В 1368 году Дмитрий поддержал Василия Михайловича Кашинского в споре того с Михаилом Александровичем Микулинским из-за области умершего Семёна Константиновича. Московская рать была послана в помощь Василию, были разорены владения Михаила. Но Михаил с помощью своего шурина Ольгерда взял Тверь и изгнал дядю. Михаила пригласили в Москву для решения спора и взяли под стражу. Только приезд ханского вельможи Карачи заставил Дмитрия Ивановича освободить Михаила Тверского. Возмущённый Михаил призвал на помощь Ольгерда, который с большим войском двинулся на Москву.
Дмитрий Донской на Памятнике «1000-летие России» в Великом Новгороде
21 ноября 1368 года в кровопролитной битве на реке Тростна близ Москвы литовцами был разгромлен сторожевой полк москвичей. Москва выдержала литовскую осаду благодаря каменным стенам Кремля и вторжению тевтонцев в западные владения Ольгерда. Разорив за три дня всю московскую округу, войско Ольгерда отошло назад в Литву. Как сообщается в летописи «…такого зла, как от литовцев, и от татар не было» . Московские войска провели ответные походы в зависимые от Ольгерда Смоленскую и Брянскую земли. Новый московский поход на Тверь произошёл в августе 1370 года, ответный литовский на Москву — зимой. Осада была прекращена при получении известий о сборе войск Владимиром Андреевичем и Олегом Рязанским. В начале 1371 года Михаил отправился в Орду, где у хана Магомет-султана выпросил великокняжеский ярлык. На Русь князь вернулся с ордынским послом Сарыхожей, который вызвал Дмитрия к себе. Собрав войско у Переяславля, Дмитрий ответил: «к ярлыку не еду, Михаила на княжение в землю владимирскую не пущу, а тебе, посол, путь чист!» . Московские политики без особого труда зазвали Сарыхожу в Москву и щедро его одарили, а в июне 1371 года Дмитрий поехал в Орду и выкупил находившегося там в заложниках сына Михаила Тверского, Ивана, за 10 000 рублей (сумма вдвое превосходила размер годового московского выхода) .
В июле 1372 года в битве при Любутске (литовская крепость на реке Оке близ Тулы) московская рать разгромила сторожевой полк Ольгерда, войска подступили с двух сторон к оврагу. Дмитрий заключил перемирие и с Ольгердом, и с Михаилом Тверским. Дочь Ольгерда Елена стала женой Владимира Андреевича Серпуховского.
В 1374—1375 годах сын только что умершего тысяцкого московского Василия Вельяминова Иван, недовольный уничтожением сана, на который рассчитывал, отъехал от Дмитрия с приверженцами в Тверь и начал хлопотать в Орде о великом княжении для Михаила. В 1375 году ярлык на великое княжение был доставлен в Тверь, и Михаил послал отряды на Торжок и Углич. Вокруг Дмитрия собрались полки почти всех князей северо-востока Руси: суздальско-нижегородский, серпуховской, городецкий, ростовские, ярославские, белозёрский, кашинский, стародубский, тарусский, новосильский, оболенский, смоленский, брянский и новгородцы, постоянные враги Твери. Месячная осада окончательно подорвала силы Михаила, и он запросил мира. Договор был заключён 3 сентября. Михаил навсегда отказался от притязаний на Москву, великое княжение Владимирское и Новгород, обязался помогать Дмитрию против татар и открыть свободный пропуск товаров новгородских по своей земле.