Первыми бежали с поле боя татары Тохтамыша, следом за ними Великий князь Литовский Витовт Кейстутович с братом Сигизмундом и боярами и всё остальное войско, оставляя позади себя убитых, раненых, обозы и оружие. Многим пехотинцам удалось перебраться на другой берег Ворсклы, однако и там они не могли быть в безопасности. Казалось бы спасшиеся воины гибли под градом татарских стрел.
Ордынцы Едигея и Темир-Кутлуга захватили брошенный союзниками лагерь.
Большинство литовско-русских князей и вельмож, пришедших к Ворскле вместе в Витовтом было убито или попало в плен. Среди погибших были Андрей Ольгердович Полоцкий, Дмитрий Ольгердович Брянский, Глеб Святославович Смоленский, Иван Юрьевич Безельский, Иван Борисович Киевский, Дмитрий Михайлович Боброк-Волыский, Глеб Кориатович, Семён Кориатович, литовский князь Лев Кориатович, наместник смоленский, клецкий Ямонт Тулунович, литовский боярин Валимонт Бушкович, Андрей Васильевич и Иван Киндырь из князей друцких, господарь Молдавского княжества Стефан I Мушат, воевода подольский староста краковский Спытек Мельштинский, Дмитрий Данилович Острожский, Михаил Данилович Острожский и другие.
Татары взяли огромную добычу — разграбили лагерь союзников с припасами, захватили всё орудия. Преследуя остатки армии Витовта, ордынцы дошли до Киева и взяли с города большой выкуп — три тысячи рублей и тридцать рублей отдельно с Печерского монастыря, затем опустошили киевскую и волынскую области вплоть до города Луцка, собрав богатые трофеи и захватив множество пленников, после чего, поздней осенью, ушли в причерноморские и прикаспийские степи.
Российский историк С.М. Соловьёв, характеризуя последствия поражения Литвы на берегах Ворсклы, писал следующее: «Битва Куликовская возвестила падение татарского владычества в Восточной Европе; Мамай пришел на Дон с целию напомнить Руси Батыя, восстановить порядок вещей, утвердившийся после сражения при Сити; Мамай был побежден, и битва при Ворскле показала ясно следствия этой победы: Темир-Кутлуй пришел не нападать, но защищаться от замыслов одного из государей Восточной Европы: унизительные условия, которые он соглашался принять, показывают всего лучше перемену отношений; татары победили, но какие же были следствия этой победы? Опустошение некоторой части литовских владений — и только! Темир-Кутлуй должен был удовольствоваться тем, что освободился от страха пред Тохтамышем. Важность битвы при Ворскле для судеб Восточной Европы не подлежит сомнению: конечно, нельзя нисколько утверждать, что торжество Витовта и Тохтамыша над Темир-Кутлуем имело бы необходимым следствием подчинение Москвы и остальных княжений Восточной Руси Витовту; но нельзя также не признать, что опасность Москве от этого торжества грозила большая».
