Примерно к третьему часу сражения русские части начали выдыхаться под напором ордынцев. Наиболее устойчивым оказался правый фланг русского войска, частично прикрытый Большим оврагом. Однако в центре положение было значительно хуже. Главные силы татарского войска, не считаясь с потерями, рвались к великокняжскому знамени со Спасом Нерукотворным. Вокруг знамени разгорелась жестокая сеча, в ходе которой погиб Михаил Андреевич Бренко, которого по одежде ордынцы приняли за великого князя. После его смерти командование над Большим полком принял окольничий Тимофей Васильевич Волуй, вскоре также погибший. Однако ему и князю Глебу Друцкому удалось восстановить положение: «зело крепце бишеся и не даюсче татарам одолевати».
Наибольший успех ордынцев обозначился на левом фланге русского войска. Русская пешая рать понесла здесь катастрофические потери: «И ту пешаа русскаа великая рать, аки древеса, сломишися и, аки сено посечено, лежаху, и бе видети страшно зело… и начаша татарове адолевати».
Возможно, татарам удалось преодолеть овраги верховья реки Смолки и выйти на фланг русских полков. Находившийся здесь полк левой руки начал откатываться назад, к Непрядве, открывая сражавшиеся в центре полки для флангового удара ордынцев. Центр также был вынужден начать отход, поворачивая фронт навстречу прорвавшемуся врагу.
Мамай желая закрепить успех, по-видимому, последовательно вводит в бой часть своего резерва. У самой Непрядвы удар войск Мамая частично отражает резерв под командованием Дмитрия Ольгердовича, и, возможно, только благодаря этому русское войско не было немедленно разгромлено. Русские полки вновь закрепляются на линии между Большим оврагом и Непрядвой, однако их положение остаётся критическим: «И уже осмому часу изшедшу и девятому наставши, всюду татарове одолевающе». Нетрудно убедиться, что у ордынцев в этот момент появилось пространство для манёвра, и, пользуясь моментом, Мамай ввёл в дело все свои силы без остатка: «Погании же заидоша всюду, християнстии же оскудеша, уже мало христиан, но все погании».
Однако, возможно, такое развитие событий вовсе не было случайным. Вопреки широко распространённому мнению, Засадный полк стоял совсем не в тылу татарских войск, а в дубраве вдоль берега Дона, на левом фланге русской армии, практически в её тылу. Более того, те же самые причины, которые мешали Мамаю развернуть свои войска на линии соприкосновения основных сил, помешали бы в ситуации обычного фронтального столкновения ввести в дело засадный полк. Во всяком случае, удар в тыл татарского войска с преодолением при этом оврагов у истоков речки Смолки был попросту невозможен. Нетрудно заметить, что ситуация в течение всего боя развивалась так, будто все действия русского войска, в том числе и фактический разгром его левого крыла, подготавливали момент для введения в бой скрытого резерва, причём ход боя создавал такую расстановку сил, чтобы удар засадного полка стал для врага фатальным.
Судя по всему, в рядах засадного полка начался ропот, воины хотели сразиться с ордынцами, и даже князь Владимир Андреевич Серпуховский, видя катастрофическое положение русских войск, призывал к тому же Дмитрия Михайловича Боброка Волынского: «Что убо, брате, ползует стояние наше и кий успех от нас им есть? Кому убо нам помощи? Уже убо вси мертви лежаху христианстии полци». Однако Дмитрий Михайлович не спешил отдавать приказ к выступлению, более того, он сказал воинам, намеревавшимся броситься на врага без приказа: «Никакоже никтоже да не изыдеть на брань, возбраняеть бо нас господь».
На исходе третьего часа битвы стало очевидным, что Мамай ввёл в дело все свои силы. В это же время стал меняться ветер, до того дувший в лицо засадному полку:
«И уже девятому часу изходящу, и се внезапну потяну ветер созади их, понужая их изыти на татар. Тогда убо Дмитрей Боброк рече князю Володимеру Андреевичю: „господине княже, час прииде, время приближися“; также и ко всему воиньству рече: „господне, и отцы, и братиа, и чада, и друзи! Подвизайтеся, время нам благо прииде, сила бо святаго духа помогает нам“».