Утро 8 сентября было туманным. До 11 часов, пока туман не рассеялся, войска стояли готовыми к бою, поддерживали связь („перекликались“) звуками труб. Князь вновь объезжал полки, часто меняя лошадей. В 12 часов показались на Куликовом поле и татары. Битва началась с нескольких небольших стычек передовых отрядов, после чего состоялся знаменитый поединок татарина Челубея (или Темир-бея) с иноком Александром Пересветом. Оба поединщика пали мёртвыми (возможно, этот эпизод, описанный только в „Сказании о Мамаевом побоище“, является легендой). Далее последовал бой сторожевого полка с татарским авангардом, возглавляемым военачальником Теляком (в ряде источников – Туляк). Дмитрий Донской сначала был в сторожевом полку, а затем встал в ряды большого полка, поменявшись одеждой и конём с московским боярином Михаилом Андреевичем Бренком, который затем сражался и принял смерть под знаменем великого князя.

„Сила велика татарская борзо с шоломяни грядуще и ту пакы, не поступающе, сташа, ибо несть места, где им разступитися; и тако сташа, копиа закладше, стена у стены, каждо их на плещи предних своих имуще, предние краче, а задние должае. А князь велики такоже с великою своею силою русскою з другого шоломяни поиде противу им“. Бой в центре был затяжной и долгий. Летописцы указывали, что кони уже не могли не ступать по трупам, так как не было чистого места. „Пешаа русскаа великаа рать, аки древеса сломишися и, аки сено посечено, лежаху, и бе видети страшно зело…“ В центре и на левом фланге русские были на грани прорыва своих боевых порядков, но помог частный контрудар, когда „Глеб Брянский с полками владимирским и суздальским поступи через трупы мёртвых“. „На правой стране князь Андрей Ольгердович не единою татар нападши и многих избил, но не смеяша вдаль гнатися, видя большой полк недвижусчийся и яко вся сила татарская паде на средину и лежи, хотяху разорвати“. Основной удар татары направили на русский полк левой руки, он не удержался, оторвался от большого полка и побежал к Непрядве, татары преследовали его, возникла угроза тылу русского большого полка.

Владимир Андреевич, командовавший засадным полком, предлагал нанести удар раньше, но воевода Боброк удерживал его, а когда татары прорвались к реке и подставили засадному полку тыл, приказал вступить в бой. Удар конницы из засады с тыла на основные силы ордынцев стал решающим. Татарская конница была загнана в реку и там перебита. Одновременно перешли в наступление полки Андрея и Дмитрия Ольгердовичей. Татары смешались и обратились в бегство.

Ход боя переломился. Мамай, наблюдавший издали за ходом сражения, бежал с малыми силами, как только засадный полк русских вступил в бой. У татар отсутствовали резервы, чтобы попытаться повлиять на исход боя или хотя бы прикрыть отступление, поэтому всё татарское войско побежало с поля битвы.

Засадный полк преследовал татар до реки Красивой Мечи 50 вёрст, „избив“ их „бесчисленное множество“. Вернувшись из погони, Владимир Андреевич стал собирать войско. Сам великий князь был контужен и сбит с коня, но смог добраться до леса, где и был найден после битвы под срубленной берёзой в бессознательном состоянии.