Летом 1380 г. Дмитрий Иванович, узнав о движении ордынского войска к Москве, обратился с призывом о сборе русского ополчения для отпора врагу. В Коломне (ставке Дмитрия Ивановича) собралось до 200 000 воинов, основное ядро которых составляли москвичи, а также украинские и белорусские отряды. План похода состоял в том, чтобы вместо обороны на реке Оке, где Мамай мог соединиться со своим союзником литовским князем Ягайло, переправиться через Оку и двинуться навстречу противнику к верховьям Дона. Русское войско на битву с Мамаем благословил преподобный Сергий Радонежский , основатель и игумен Троице-Сергиевского монастыря.
Утром 8 сентября 1380 г. русские полки переправились с левого на правый берег Дона у впадения в него реки Непрядвы и расположились на Куликовом поле. Впереди стоял Передовой полк, за ним - Большой полк, рядом на флангах полки Правой и Левой руки, за ними - резерв (конница). В близлежащем лесу («в дубраве») расположился Засадный полк во главе с князем Владимиром Андреевичем Храбрым и боярином Дмитрием Боброком-Волынским. Переход Дона означал решимость Дмитрия Ивановича сражаться до конца, так как возможность для отступления сильно осложнялась тем, что в тылу русского войска находились реки Дон и Непрядва, а также глубокие овраги. В то же время такая позиция затрудняла обходные действия татаро-монгольской конницы. Войско Мамая стояло развернутым строем без резервов, в первой линии располагалась конница, во второй - пехота.
Битва началась поединком двух богатырей Пересвета и Челубея. В этом поединке погибли оба. Сразу после гибели поединщиков татарская конница, смяв Передовой полк, начала теснить Большой полк. Русское войско понесло большие потери. В превые минуты боя был убит сражавшийся в Большом полку в доспехах великого князя и под его знаменем боярин Михаил Бренок. Дмитрий Иванович в одежде рядового воина бился в рядах того же полка. Натиск монголо-татар в центре был задержан вводом в действие резерва. Мамай перенес главный удар на левый фланг и начал теснить русские полки. Неожиданный мощный удар свежих сил Засадного полка в тыл и фланг татаро-монгольскому войску и наступление других русских полков привел к сокрушительному разгрому Мамаевой рати, остатки которой русские полки преследовали и уничтожали на протяжении 50 верст от Куликова поля.
Куликовская битва имела историческое значение в борьбе русского и других народов с татаро-монгольским игом. Хотя она не привела к ликвидации монголо-татарского ига на Руси, однако, на Куликовом поле был нанесен сильнейший удар по господству Золотой Орды, ускоривший ее последующий распад.