Вслед за поединщиками в битву вступили авангарды войск. Атаку ордынской конницы самоотверженно принял на себя сторожевой полк. Ценою жизни его героев фланги Русских избежали окружения. Кроме того, их защитили овраги рек. Бой перешёл во фронтальное столкновение, в котором передовой полк также полёг костьми. «Бысть брань крепка и сеча зла зело», - повествует летописец. Правый фланг Русского войска успешно отразил все атаки неприятеля. Левый фланг, атакованный превосходящими силами татар, стал подаваться назад. Вражеская конница, до того не имевшая возможности развернуться, теперь хлынула в наметившуюся брешь, угрожая зайти в тыл большому полку. Но татары при этом подставили свой фланг скрытому в Зеленой Дубраве полку засадному.
Согласно «Сказанию о Мамаевом побоище», князь Владимир Андреевич Храбрый, стоявший в засаде вместе с Боброком-Волынским, не мог терпеливо следить за ходом боя и всё время повторял: «Беда великая, брат, чему поможет наше стояние в засаде?» Но Волынец отвечал: «Великая беда, князь, но ещё не пришел наш час». Теперь же, когда татары, наконец, открыли фланг, подставили себя, Димитрий Боброк воскликнул громким голосом: «Час пришёл, а время приблизилось... братья мои и друзья, дерзайте!»
Словно соколы на стаю гусей, обрушились Русские витязи из Зелёной Дубравы на вражескую конницу. Словно свирепые львы, они принялись терзать оробевших басурманов. Увидев их высоко вознесённые знамена, татары в ужасе побежали. На берегах Непрявды неприятельских трупов оказалось так много, что кони преследователей начали спотыкаться. Паника немедленно охватила всё войско поганых, и под натиском большого полка бегство татар сделалось всеобщим. Мамай послал в бой последние резервы, но сдержать наступление Русских уже не смог. Преследование врага продолжалось на протяжении 30-40 вёрст до реки Мечи.
Когда же бой окончился, повествует «Сказание», князь Владимир Андреевич «не нашёл брата своего, великого князя, на поле... и приказал трубить в соборные трубы... Начал плакать и кричать, и по полкам ездить сам стал, и не сыскал, и говорил всем: "Братья мои, Русские сыны, кто видел или кто слышал пастыря нашего и начальника?" Ольгердовичи ответили: "Мы думаем, что жив он, но ранен тяжело". Другой воин сказал: "Я видел его в седьмом часу твёрдо бьющегося с погаными". Еще один добавил: "Я видел его позже того: четыре татарина напали на него, он же твёрдо бился с ними". Князь по имени Стефан Новосильский, тот сказал: "Я видел его перед самым твоим приходом, пешим он шёл с побоища, израненный весь. Оттого не мог я ему помочь, что преследовали меня три татарина"». И тогда рассыпались все по бранному полю в поисках великого князя Димитрия Донского, отныне так именуемого за сию величайшую победу. Одни нашли убитым князя Феодора Семёновича Белозерского, другие набрели на тело наперсника великого князя Михаила Андреевича Бренка (из его рода произошёл духовный писатель XIX века Святитель Игнатий Брянчанинов); увидели павшего Пересвета-монаха, а рядом - сраженного им злого татарина Телебея. Всего в бою полегло по сорока бояр московских и серпуховских, двадцать князей белозерских, тридцать посадников новгородских, по двадцати бояр коломенских, дмитровских, переяславских, по семидесяти рязанских, можайских, звенигородских, тридцать четыре ростовских, пятнадцать углических, двадцать пять польских панов, а простым дружинникам счету нет. Остались в живых всего пятьдесят тысяч воинов.
Рядом с телом Михаила Бренка лежали Тимофей Волуевич и верный страж великого князя Семён Мелик, очень похожий внешне на Димитрия Ивановича, так же, впрочем, как и князь Феодор Семёнович Белозерский. Два воина, родом костромичи, отклонились от места битвы направо и в тени срубленной берёзы увидели, наконец, самого князя Димитрия. Донской герой лежал избитый и утомлённый до беспамятства, но живой и даже не раненный. Вся кровь, запёкшаяся на его доспехах, оказалась вражеской кровью. Один из воинов, нашедших князя, Феодор Сабур, тотчас вернулся к Владимиру Андреевичу и доложил: «Князь великий Димитрий Иванович жив и здравствует во веки!» Все князья и воеводы бросились туда и пали в ноги Димитрию со словами: «Радуйся, князь наш, подобный прежнему Ярославу, новый князь Александр, победитель врагов: победы этой честь тебе принадлежит!» Он же в ответ едва проговорил: «Что там - поведайте мне». И сказал князь Владимир: «Милостью Божией и Пречистой Его Матери, помощью и молитвами сродников наших Святых мучеников Бориса и Глеба, и молитвами Русского Святителя Петра, и пособника нашего и вдохновителя игумена Сергия, - тех всех молитвами враги наши побеждены, мы же спаслись».