Ульрих фон Юнгинген подождал, пока поляки прочно увязнут в битве, и, понадеявшись на опыт маршала Валленрода, хоругви которого скрылись за холмами, преследуя литвинов, ввёл в бой свой резерв. Манёвр развёрнутого строя тевтонского резерва показывает их великолепную кавалерийскую выучку. Обогнув холмы через место начального построения войск Валленрода, они развернулись «левое плечо вперёд» и, словно повернувшаяся дверь, захлопнули армию Ягайлы сзади. Приближавшихся с тыла тевтонов воины Ягайлы сначала приняли за литвинов и не проявляли беспокойства. Тевтонская рыцарская конница на всём скаку врубилась в строй поляков.
Храбро бились краковские хоругви. В свою очередь Ягайло с левого фланга отправил отряд для того, чтобы через лес, вокруг деревни Людвигсдорф, выйти в тыл ордена. Польский рыцарь Добеслав Олешницкий пробился через строй тевтонов и пробовал ударить копьём Великого магистра, но тот увернулся и ранил коня поляка.
На правом фланге поляков оставались воины Витовта, упоминаемые как «смоленские полки»: смоленская, оршанская и мстиславская хоругви. Многочасовая битва в тяжёлых доспехах с использованием холодного оружия требовала огромных физических затрат. Поэтому уставшие хоругви в перерывах между атаками заменялись свежими. Окружённым с трёх сторон оршанцам, смолянам и мстиславцам меняться было не с кем. Несмотря на отмечаемый всеми историками их героизм, они постепенно устали и почти все были уничтожены. Страшные ножницы начали сжимать поляков. Тевтонский рыцарь Леопольд фон Кёкритц прорвался к королю Ягайле и пытался его убить. Ягайло ранил Кёкритца, а королевский секретарь Збигнев Олешницкий добил его. Командир чешского отряда — будущий предводитель гуситов Ян Жижка — был ранен тевтонами в голову, и у него вытек глаз. Среди чехов началась паника. Убитый польский знаменосец выронил большой королевский штандарт с белым орлом. Флаг тут же был подхвачен, но тевтоны восприняли это как божий знак и начали петь псалмы в благодарность святой Деве Марии за скорую победу. Наступил критический момент битвы.
Разбить польскую армию помешали хоругви Витовта, выполнившие свою задачу по разгрому крыла Валленрода и ударившие в тыл тевтонскому резерву. Большие потери войска Витовта можно объяснить тем, что литвины за один день фактически участвовали в двух битвах — на своём и на польском фронте. Но без этого победить было невозможно. В противном случае, разгромив поляков, тевтоны, естественно, обрушились бы на армию Витовта.
Поле битвы стало похожим на многослойный пирог. В тылу поляков был резерв тевтонов, а у них самих в тылу — литвины. Тевтоны уже заботились не о нападении, а о том, как самим вырваться из двух огромных котлов. Начали сдаваться тевтонские рыцари Хелминской земли. Сдали свою хоругвь и 40 оставшихся в живых наёмников. Чувствуя скорую гибель, тевтонские рыцари дрались «рыча словно звери». Хоругви тевтонского резерва, окружённые Витовтом, не желали сдаваться его православным воинам и язычникам. Они бились до последнего и были уничтожены полностью. Пали смертью храбрых: великий комтур, великий маршал, великий казначей, великий шатный, комтуры (по-польски): хелминский, бжегловский, покжывницкий, грудяцкий, гневский, нешавский, остродский, поповский, радзинский и другие знатные тевтоны.
Великому магистру предложили бежать с поля боя, на что он ответил: «Не дай Бог мне покинуть это поле, где лежит столько знатных рыцарей, не дай Бог». В польской историографии пишется, что магистра убил неизвестный простолюдин. Белорусские историки считают, что это сделал татарский хан Багардин.