Сбор русских войск был осуществлен к 15 августа в г. Коломне. В 20-х числах августа Дмитрий Иванович с воинством двинулся навстречу Мамаю, стараясь предупредить его соединение с союзниками. Это ему блестяще удалось – Ягайло не хватило всего одного перехода, чтобы подоспеть к началу сражения, а рязанцы в момент битвы продолжали придерживаться нейтралитета. Переправившись в районе устья р. Лопасни через р. Оку, войска Дмитрия Ивановича 1 сентября двинулось на юг. Они подошли к Дону, форсировав его в ночь с 7 на 8 сентября в районе впадения р. Мокрая Табола и заняв позиции на месте будущего сражения.
Русские воеводы расположили свои дружины следующим образом. В центре – глубокоэшелонированная оборона, состоявшая из сторожевого, передового и большого полков. На флангах находились полки правой и левой руки. В тылу располагался резерв Дмитрия Ольгердовича. В стороне от полка левой руки, в Зеленой дубраве, был устроен засадный полк.
Утром 8 сентября разразилось грандиозное сражение, в ходе которого ордынцам удалось опрокинуть сторожевой и передовой полки, врубиться в большой полк. На правом фланге они были отражены, но полк левой руки вскоре был опрокинут, ему не помог и резерв.
Создалась опасность полного окружения и уничтожения русского войска. В этот момент и сыграла свою решающую роль тактическая хитрость: из Зеленой дубравы неожиданно вылетели свежие силы засадного полка, удар которых оказался сокрушительным. Воины Мамая бежали, их преследовали русские войска вплоть до р. Красивая Меча, после чего дружины Дмитрия Донского с триумфом возвратились в свои города. Разгром Мамая был полным. Существуют различные оценки последствий Куликовской битвы. По одним из них, она сыграла роль в объединении русских земель, и была первой победой русского оружия над татарским (возникает вопрос относительно Белёвской битвы, а также кровопролитных войн между княжествами на протяжении XV–XVI вв.). По другим, она способствовала укреплению территориального единства Золотой Орды и власти Тохтамыша.
Если верить «Задонщине», только павших русских воинов в этой битве насчитывалось 253 тысячи человек. При таком положении дел изначально русская армия должна была иметь в своем составе не менее 500 тысяч. На наш взгляд, эти цифры сильно преувеличены. Различные исследователи предлагают свои расчеты численного состава противоборствующих сторон, их данные колеблются в большом диапазоне (от 20 тысяч русской рати у В. Н. Татищева до 150 тысяч – у Б. А. Рыбакова). В настоящее время большинство ученых склонны считать, что русское войско состояло из 20–30 тысяч человек, а ордынское – из 40–60 тысяч. Наконец, по оценке некоторых историков, количество воинов в 300 и более тысяч человек просто не могло поместиться на данном поле.
Спорным остается и вопрос о человеческих потерях в Куликовской битве. Например, С. З. Заремба доводит потери русских до 40 тысяч человек, воинов Мамая – до 60 тысяч, А. Н. Куропаткин – 100 тысяч и 150 тысяч, В. В. Каргалов – 75 тысяч и 100 тысяч соответственно. Разумеется, потери исчислялись не сотнями и не десятками тысяч, а гораздо меньше. Местоположение захоронения павших воинов до сих пор не найдено. Есть вероятность, что братская могила находится под жилыми домами с. Монастырщина. Последние обстоятельства, а также предположение, что место боя определено неверно, позволяют некоторым авторам переместить его в другие регионы (например, в Москву) или усомниться в реальности произошедших событий.
Этнический состав соперников также является поводом для научных дискуссий. Однозначно можно заявить, что ордынский контингент нельзя называть чисто татарским. Ядро войска Мамая составляли потомки половецких родов, жители Кипчакской степи, причем исключительно ее западной части. В Мамаеву рать, вероятно, входили представители кавказских народов и, возможно, генуэзцы (хотя исследователи либо отрицают наличие итальянской пехоты, либо склонны видеть в ней венецианских наемников, т. к. отношения Мамая с Генуей в то время были враждебными). Русское воинство также не было мононациональным. В его рядах могли быть и литовские воины, и отряды ордынских военачальников, в т. ч. хана Тохтамыша. Последний, вероятно, не попал в летописи ввиду их тенденциозности. В ходе археологических раскопок в Московском Кремле 2007–2008 гг. были найдены документы, свидетельствующие о наличии мусульман-татар среди военной аристократии Московского великого княжества 1380-х гг.