Не сумев договориться с великим князем владимирским и московским, новгородцы реализовали свое право «вольности в князьях», пригласив (с согласия короля польского и великого князя литовского Казимира) на княжение литовского (из рода Гедимина и Ольгерда) Михаила Олельковича. Михаил Олелькович был православным (и даже горячим противником унии церквей!), его двоюродный дед Андрей Псковский воевал на Куликовом поле; мать его Анастасия Васильевна была родной теткой Ивану Васильевичу III (т. е. они были кузенами, а сам Михаил по материнской линии
Однако это приглашение было расценено московским князем и московским клиром именно как враждебная и даже изменническая акция. По мнению московского летописца, новгородцы «…не разумеша бо окааннии во тме ходящимъ и отстоупиша отъ света и приашя тьму своего неразумна и не восхотеша подъ православнымъ хрестьян-скымъ царемъ, государемъ великымъ княземъ Иваномъ Васильевичемъ в державе быти и истиннаго пастыря и оучителя Филипа, митрополита всея Руси, себе оучителя приимати».
Пассаж летописца о «митрополите всея Руси» Филиппе — из той же оперы, что и «государь всея Руси». С 1441 г., когда последний ставленник Византийской патриархии Исидор бежал от Василия Темного за приверженность к объединению католической и православной церквей, Московская православная церковь стала автокефальной, а ее глава отныне не рукополагался византийским патриархом, а избирался местными епископами (с согласия великого князя). Новопровозглашенная автокефальная церковь почему-то считала себя правопреемницей киевской метрополии, хотя в Киеве в то время был свой митрополит Григорий (кстати, ученик Исидора). И многие клирики по-прежнему ориентировались именно на «законного» киевского митрополита, а не на «самозваную церковь».
Итак, Иван Васильевич решил пойти на Новгород войной. Удачные обстоятельства сопутствовали ему: незадолго до этого Михаил Олелькович отбыл в Киев, где умер его старший брат Семен (Симеон) — и новгородцы остались без военного предводителя. Правда, в Новгороде оставался служилый князь Василий Шуйский (из рода Андрея Ярославича, брата Александра Невского) — его нижегородскую «отчину» конфисковал еще Василий Темный, — но он военными талантами не блеснул. Другим благоприятным обстоятельством был тот факт, что опять же незадолго до описываемых событий умер новгородский архиепископ Иона и его место занял Феофил, ориентирующийся на Московскую церковь. Архиепископ в Новгороде был очень влиятельной фигурой и даже имел свой собственный архиепископский конный полк.
Войска московского князя вошли в Новгородскую землю несколькими отрядами, что свидетельствует о том, что Ивана Васильевич не ждал сильного сопротивления.
Кроме собственно московских полков, включая войско великого князя и его братьев, к походу присоединились касимовские татары во главе с сыном Касима Данияром, а также тверской полк и, по некоторым данным, псковичи. «Всии же князи поидоша изъ своей отчины розными дорогами со всехъ рубежевъ, воююще и секуще и въ пленъ ведяхоу», — замечает Типографский летописец.
На реке Шелонь московское войско под командованием Данила Дмитриевича Холмского да Феодора Давыдовича столкнулось с новгородским полком.
Об этой битве много написано, но ход событий, как правило, излагается с точки зрения победителя. Обычно отмечается, что новгородское войско составляло 40 тысяч человек, а московское — около пяти, хотя первоначально отряд московских воевод составлял 10 тысяч человек (по Типографской летописи, «множество же бо беша Новогородцивъ, яко тысящь сорокъ или больши, нашихъ же мало вельми, вси бо людие по загономъ воююще, не чааху бо Новогородскые стречи, бысть бо нашихъ всехъ осталося 4 тысящи или мало больши»). Новгородцы, уверенные в победе, «глаголааху словеса хульнаа на нашихъ». На следующее утро московские воеводы, произнеся перед воинами зажигательную речь («Лутче намъ есть зде главы своя покласти за государя своего великого князя, нежели с срамомъ возвратитися!»), первые бросились вброд через Шелонь. Не ожидавшие такого стремительного натиска, новгородцы бросились бежать. Позднейшие российские историки добавляли, что простые новгородцы не хотели воевать со «своими», «православными»: заклепывали пушки, воевали только под принуждением, при благоприятном случае обращались в бегство и т.д.