Султан построил боевой порядок тылом к горам, оставив пути к отступлению на правом фланге. Турки сделали ставку на свою отличную пехоту – янычар. Стремясь усилить центр боевого построения – здесь на возвышении, расположились янычары, а за ними в низине – тяжелая кавалерия сипахов – султан ослабил фланги. Слева, прикрывая дорогу на Анкару, встали насильно привлеченные на службу османам сербы князя Стефана Лазаревича. На правом фланге под общим началом третьего сына Баязида Сулеймана и великого визиря расположились 18-тысячные конные отряды ненадежных анатолийских беев и наемная ордынская конница.
Вся армия Тимура выстроилась на равнине в три линии. При этом первая из них сама состояла из еще трех подлиний: авангарда в рассыпном строю, вывезенных из Индии «живых танков» – грозных (по крайней мере, внешне) боевых слонов и главного авангарда, но плотно построенного. Во второй линии были сконцентрированы огромные массы конницы полумесяцем вперед, середина которого была почти что полой. Последним встал мощный конный резерв из 30 отборных туменов (полков) – своего рода неприкосновенный запас эмира. Стремясь охватить слабые фланги врага, блестящий тактик Тимур специально сосредоточил всю свою ударную мощь на крылья. В любом случае везде силам Баязида противостояли численно превосходящие их силы Тамерлана.
…
Бой завязала легкая конница, а затем авангард правого крыла эмирской армии безуспешно атаковал сербов – одно из наиболее стойких и дисциплинированных подразделений султанского воинства. Тимур бросил в бой часть своего правого крыла, но сербы продолжали упорно сопротивляться: прижать их к горам и полностью уничтожить никак не удавалось. Это с уважением признал даже сам Тимур, высказавшийся: «А эти оборвыши бьются, как львы!» А вот авангард левого крыла под началом сына Тимура Шахруха сразу добился успеха: «простимулированные» наемники-ордынцы, как и обещали, перешли на сторону противника, тем самым ослабив силы султана почти на четверть. После этого предательского демарша исход битвы стал склоняться в пользу Тамерлана. Великому визирю и Сулейману, командовавшим этим продажным флангом султанской армии, пришлось начать по бездорожью отступление в горы, что привело к сумятице и потерям. Его братья Мухаммед (Мехмед) и Иса со своими отрядами тоже подались назад: первый – на северо-восток, а второй – на юг. Пользуясь моментом, Тимур тут же усилил натиск на сербский фланг Баязида, введя в бой все свое правое крыло. Он пытался отрезать сербов от главных сил, но тем удалось прорваться и соединиться с янычарами в центре. Дожимая врага на его слабых флангах, Тимур бросил в последнюю атаку свой резерв. «Победу дает девятая атака!» – любил наставлять он своих сыновей и эмиров (генералов). Отряды анатолийских беев не стали больше искушать судьбу и предпочли перейти на сторону того, кто показал себя более искусным (и щедрым) в руководстве боем.
Потери побежденных колеблются от 15 000 до 40 000, тогда как потери победителей – 15 000 – 25 000 человек. Впрочем, все эти цифры весьма и весьма условны.