Стремительно преследуя Тохтамыша, 18 июня 1391 года Тамерлану наконец-то удалось вовлечь его в решительный бой в месте, расположенном в Самарской луке, образуемой Волгой от Самары до Чистополя. Имеются сведения, что в Кондурчинском сражении Тамерлан использовал новый боевой порядок построения войск, разделив их на семь частей; войска были поставлены в две линии с резервом. Чтобы играть на суеверии воинов, у монголов, как и у римлян, за армией следовали предсказатели. Имам, находившийся для этой цели при Тамерлане, после молитвы, прочитав стих, сказал ему: «Совершай твои преднамерения, ты будешь победителем, провидение покровительствует тебе». Между тем Тамерлан, будучи из числа тех людей, которые выбирают любые средства для достижения цели и используют все для успеха, заблаговременно привлек на свою сторону (невзирая на всю свою ненависть к предателям) главного знаменосца Тохтамыша, который должен был в самый разгар боя уронить главное знамя, что и было исполнено при содействии отряда воинов Тамерлана. В то же время, чтобы внушить своим войскам презрительное отношение к неприятелю, а врага лишить бодрости, он в разгар сражения приказал отряду конницы из 8 000 человек ставить шатры и готовить пищу. Возможно, это распоряжение было знаком подкупленному знаменосцу Тохтамыша уронить знамя и тем самым привести в еще большее недоумение вражеских воинов, которые в пылу сражения легко могли вообразить, что их хан убит, сражение проиграно и единственное оставшееся средство спасения собственных жизней – это бегство. Итогом действий прославленного полководца стала вырванная из рук Тохтамыша победа, армия которого, по словам самого Тамерлана, была так же многочисленна, как саранча и муравьи. Татарские солдаты проявили исключительный героизм, однако под яростным напором среднеазиатских тюрков Тохтамыш потерпел жестокое поражение. Тимур одержал блистательную победу, причем он сам отважно сражался в рядах воинов. Отступающие эмоциональные степняки и хладнокровные профессионалы Тимура три дня рубились, устилая землю трупами до самой Волги. Тохтамыш с приближенными ушел за Черемшан. В воложке острова Костомышский, против правобережного булгарского селения Сингили, сидя в лодках-расшивах на узлах с казной, его ждали жены. Спасаясь, Тохтамыш перебрался на правый берег Волги, намереваясь найти прибежище в Литве.
Для преследования разбитой армии Тохтамыша Тамерлан отправил по семь человек из каждого десятка. Преследование велось так стремительно, что остатки татарских войск, не видя главного знамени, не зная, куда направляться и где собираться, рассеялись и большей частью были перебиты или утонули в Волге.