Нахождение Ахмата у Угры создавало непосредственную угрозу столице. Перейдя реку, хан мог очень быстро достичь московских стен. По приказу Ивана были эвакуированы некоторые русские городки, стоявшие на возможном дальнейшем пути хана. Сожгли и эвакуировали Каширу. Окрестное население стекалось в Москву, пряталось за крепостными стенами. Государева казна и семья Ивана были отправлены в Белоозеро. Мать Ивана старая Мария Ярославна (инокиня Марфа) наотрез отказалась покинуть столицу и осталась в Москве. Оборона города была поручена боярину князю Ивану Юрьевичу Патрикееву (потомок Гедимина). Было принято беспрецедентное решение об эвакуации всего московского посада, который предполагалось сжечь, а жителей перевести в Кремль. Конечно, это вызвало роптание москвичей, но до мятежа, слава Богу, дело не дошло. 3 октября, закончив все приготовления, Иван выехал из города. На рассвете 6 октября стоявшие у Угры русские войска увидели приближающуюся Орду. Сам Иван с основными силами подошел два дня спустя. Ахмат попытался перейти реку, но встретил мощное сопротивление русского войска, впервые в нашей истории применившего пищали. Артиллерийский огонь заставил ордынскую конницу остановиться. Четыре дня продолжались бои. Наконец 11 октября к Угре подошло войско великого князя, и хан отступил, перейдя к обороне. Началось знаменитое «стояние». За это время постоянно происходили перестрелки и локальные попытки ордынцев то тут, то там перейти реку. Стояние затянулось, от польского короля Ахмат так и не получил подкрепления, вот-вот на помощь Ивану должны были подойти отряды Андрея и Бориса Васильевичей. Стремясь выиграть время, Иван отправил к Ахмату посольство во главе с Иваном Фёдоровичем Товарковым-Пушкиным. Переговоры результатов не дали.
Наступил ноябрь и вместе с ним ранняя зима. Угра и Ока стали покрываться льдом. В этих условиях, когда ордынцы могли быстро переправиться по льду через реки, Иван приказал основным своим силам отступить к Боровску, пытаясь занять более выгодную в стратегическом отношении позицию. На Угре были оставлены лишь сторожевые отряды. Напряженное ожидание затянулось. И вдруг случилось необъяснимое: 9 ноября 1480 года войска Ахмата стали поворачиваться и уходить в степь. Отступление огромного войска сопровождалось разорением нескольких русских волостей и захватом полона. Конные полки братьев Ивана двинулись в погоню за ханом, при их приближении ордынцы бежали. 28 ноября Иван III с войском вступил в Москву. «И возрадовшиеся все людие радостию велиею зело». На устах у всех было одно слово: «Победа!»
12 ноября 1480 года, воскресенье, было последним днем ордынского ига на Руси, то есть последним днем эпохи русской истории, начатой в декабре 1237 года походом Батыя на Русь, и первым днем истории новой, возрожденной России. 243 года длился этот кошмар, и наконец тучи рассеялись, ордынская власть над Русью пала. Современники, вероятно, еще не понимали значения того, что совершилось на Угре, и лишь позже пришло осознание случившегося. Рассказы о падении ига обрастали легендами, самая известная из которых повествовала об эпизоде, когда Иван III в гневе разорвал ханскую грамоту, что послужило формальным поводом к войне. Как бы то ни было, личное участие великого князя в этих событиях было чрезвычайно велико и сыграло большую роль в успехе всего дела.
Отошедший на зимовку в степь хан Ахмат был в январе 1481 года убит внезапно напавшим на него тюменским ханом. Войско Ахмата, лишенное вождя, распалось, и Большая Орда вскоре перестала существовать как государство. С тех пор слава Ордынской империи безвозвратно ушла в прошлое. На ее обломках остались мелкие государства, сила которых была несопоставима с былым могуществом Орды. В 1486 году в Москву прибежал один из сыновей казанского хана Ибрагима, Мохаммед-Эмин, враждовавший с братом, Али-ханом. Мохаммед признал себя вассалом Ивана III и просил у него помощи в войне с братом. 11 апреля 1487 года русские войска под предводительством князя Даниила Дмитриевича Холмского выступили в поход на Казань. В мае началась ее осада, Али-хан пытался сопротивляться, но силы были неравными. 9 июня русские войска впервые вошли в Казань, Али-хан сдался в плен, ханом стал Мохаммед-Эмин. Таким образом, Казань стала вассальным государством Руси. Это была крупная политическая и военная победа.
Вслед за Казанью в 1489 году был совершен поход на Вятку, сохранявшую политическую независимость. Хлынов был осажден, но вятчане предпочли сдаться. Вятка стала частью единого Русского государства.