Перед выступлением из Москвы он ездил в Троицкий монастырь к преподобному Сергию Радонежскому, который благословил Дмитрия на войну, обещая победу, хотя и с сильным кровопролитием.
От Сергия Дмитрий поехал в Коломну, где собралась уже невиданная на Руси рать — 150 000 человек. Весть о силе московского князя, должно быть, достигла Мамая, и он попытался было сначала кончить дело миром. Послы его явились в Коломну с требованием дани, какую великие князья посылали при Узбеке и Джанибеке, но Дмитрий отвергнул это требование, соглашаясь платить только такую дань, какая была определена между ним и Мамаем в последнее их свидание в Орде. 20 августа Дмитрий выступил из Коломны и, пройдя границы своего княжества, стал на Оке при устье Лопасни, осведомляясь о неприятельских движениях. Здесь с ним соединился двоюродный брат Владимир Андреевич Серпуховской, подошли последние московские полки. Тогда, видя все силы в сборе, Дмитрий велел переправляться через Оку. 6 сентября войско достигло Дона. Устроив полки, начали думать. Одни говорили: «Ступай, князь, за Дон!»
Другие возражали: «Не ходи, потому что врагов много: не одни татары, но и литва, и рязанцы». Дмитрий принял первое мнение и велел мостить мосты и искать броды. В ночь 7 сентября войско начало переправляться за Дон. Утром 8 сентября на солнечном восходе был густой туман, и когда в третьем часу просветлело, то русские полки строились уже за Доном, при устье Непрядвы.
Часу в двенадцатом стали показываться татары; они спускались с холма на широкое Куликово поле. Русские также сошли с холма, и сторожевые полки начали битву. Сам Дмитрий с дружиной выехал вперед и, побившись немного, вернулся к основным силам устраивать полки. В первом часу началась решительная битва. Такой битвы не бывало на Руси прежде: говорят, что кровь лилась, как вода, на пространстве десяти верст, лошади не могли ступать по трупам, ратники гибли под конскими копытами, задыхались от тесноты. Пешая русская рать уже лежала как скошенное сено, но исход боя решил Владимир Андреевич, ударивший из засады с конным полком в тыл татарам. Татары не выдержали этого удара и побежали.
В «Сказании о Мамаевом побоище», источнике сложном и противоречивом, в котором много явных вымыслов и нелепиц, есть рассказ, что Дмитрий надел княжескую мантию на своего любимца Михаила Бренка, сам же в одежде простого воина замешался в толпе, так как хотел биться с татарами «зауряд с дружиной». Неизвестно, можно ли доверять этому известию, но действительно, Дмитрий, как видно, не руководил сражением, оно шло словно само по себе, а все важные решения принимались Владимиром Андреевичем и воеводой Боброком.
