Во всяком случае, в шестом часу туманного субботнего утра дня Рождества Богородицы (8 сентября) татарско-кавказская конница обрушилась на центр, была отбита, но, развернувшись и уничтожив полк левой руки, вышла к переправам через Дон. Пало великокняжеское знамя, но воины знали, что князя под ним нет – предвидя этот исход, Дмитрий покинул его еще в начале боя. Почти полностью был уничтожен и «Большой полк». Фронтом к татарам, тылом к Непрядве развернулись полк правой руки Андрея Полоцкого и запасной – Дмитрия Брянского. Погибло почти две трети русских, но татары обнажили правый фланг и тыл к «Зеленой дубраве». Сражение шло уже шесть часов, воины устали, и удар свежей конницы в тыл решил его исход.
Войска Мамая бросились в беспорядочное бегство, русские преследовали их до реки Меча, где многие татары утонули.
Эта картина битвы у многих историков дополняется живописными подробностями, основанными, например, на булгарских летописях, именами конкретных участников, командиров сторожевых отрядов и так далее.
С другой стороны, в современной историографии иногда высказываются сомнения в достоверности самых живописных, ставших хрестоматийными эпизодах битвы: поединка Пересвета с Темир-Мурзой (Челубеем), переодевание Дмитрия в доспехи рядового воина и уход его из-под великокняжеского знамени. Многолетние палеогеографические и археологические исследования, проведенные в конце XX – начале XXI века учеными Музея Куликовской битвы и Государственного исторического музея, поставили под сомнение известный по письменным свидетельствам гигантский масштаб битвы. Если до этих работ считалось, что русские войска занимали по фронту 8 и в глубину – 5 верст, а боевые порядки монголо-татар вообще растянулись на 10–12 верст, то исследования древнего рельефа местности между Доном, Непрядвой и Смолкой выявили пригодный для построения русских войск участок длиной всего… 600 метров и даже чуть меньше в глубину. Территория, на которой, судя по находкам воинских артефактов, происходило само сражение, находится к югу, а не к востоку, как считается традиционно, от русского строя и занимает площадь менее чем 1×1 километр. Как считают исследователи, на предполагаемых позициях могли разместиться 9-10 тысяч русских воинов с учетом пехоты или, по мнению О. В. Двуреченского, только 6–7 тысяч тяжелой кавалерии, ибо только из нее состояло боярско-дворянское войско Дмитрия Ивановича. Само же сражение состояло из повторяющихся «волн» встречного кавалерийского боя.
Но как бы ни проходило сражение, Мамаю удалось спастись и даже собрать уцелевших воинов, чтобы мстить Дмитрию, распустившему к этому времени свои войска.
Однако на него напал новый хан Золотой Орды – Тохтамыш – и на реке Калка уничтожил остатки Мамаевых войск. Сам Мамай бежал в Кафу, где был убит своими бывшими союзниками – генуэзцами. Тохтамыш заключил мир с Дмитрием Московским, как с врагом своих врагов – Мамая и литовцев. Русским победа далась нелегко.
Источники свидетельствуют о 153 тысячах убитых. Эта цифра намного преувеличена, однако можно говорить о гибели трех четвертей всех русских сил. Добивали отставших и раненых при возвращении осмелевшие воины Ягайло и Олега Рязанского. Сам Олег в испуге бежал в Литву. Но «брянцам» повезло – они составляли те части русского войска, которые вступили в битву в ее конце.
Ближайшим итогом битвы стало безоговорочное признание Дмитрия старшим князем всеми русскими землями, даже Рязанью. Новгород ненадолго смирился с этим после совместного похода русских сил в 1386 году, а Кейстут (стратегически) и Ягайло (тактически) пошли на уступки Дмитрию. Однако конца татарского ига Куликовская битва не означала. Наоборот, Тохтамышу удалось временно объединить и усилить Золотую Орду.
Куликовская битва положила начало освобождению от ига Золотой Орды и объединению русских земель вокруг Москвы. Но натиск Литвы на восток продолжался еще долго. Особое морально-психологическое значение Куликовской битвы было в том, что она показала русским – они могут бить татар при равных силах и могут справиться с любым врагом, если объединятся. Историки называют эту битвы первой народной победой Московской Руси. В этой связи Куликовская битва как бы открывает ряд крупных, судьбоносных событий военной истории, которыми богат рубеж XIV–XV веков.