Темник Мамай, который в то время утвердился в Орде, вступил в союз с литовским князем Ягайло и рязанским князем Олегом Ивановичем. Но это были не слишком надежные союзники: Ягайло стал великим литовским князем вместе со своим дядей, который постоянно угрожал сместить племянника с престола, поэтому он не спешил оставлять свои земли без присмотра. Так что к началу Куликовской битвы он опоздал, а потому в сражении не участвовал. Другой же союзник Мамая, Олег Иванович, вступил в союз с Ордой скорее всего для того чтобы уберечь свои земли от разорения, но в сражении тоже не участвовал и даже смог предупредить московского князя о приближении ордынцев.
Все же Мамаю удалось собрать довольно значительное войско: по разным источникам, от 100 до 250 тыс человек. В него входили не только татаро-монголы, но и народы Поволжья и Северного Кавказа, а также наемники из генуэзской колонии.
Со своей стороны, Московский князь Дмитрий заручился поддержкой братьев Ягайла – князя Псковского Андрея и князя Брянского Дмитрия. Кроме московских и владимирских полков войско русское объединяло ростовских, муромских, ярославских ратников. Однако не участвовали в битве суздальско-нижегородские и тверские князья, а также неизвестно, участвовали ли в битве новгородские ополченцы.
Готовясь к сражению, князь Дмитрий значительно увеличил свое постоянное войско – «двор». Изменились и тактика, и стратегия: значительно большая роль, чем раньше, теперь отводилась пехоте. Общая численность русского войска, по предположению летописца, составляла 300–400 тыс человек. Традиционно считается, что перед сражением Дмитрий Иванович получил благословение от Сергия Радонежского в Троицком монастыре. А в конце августа 1380 г. русские войска собрались в Коломне и двинулись к Дону – навстречу Мамаю.
7 сентября 1380 г. на берегу Дона состоялся военный совет, на котором было решено переправиться на противоположный берег реки и именно там строить решающее сражение. Однако ни ход сражения, ни подлинные его участники, ни даже настоящее место точно не известны. Описание решающей битвы с монголо-татарами существует только в самом общем виде. Так, предполагается, что вначале ордынцам удалось потеснить русскую рать, но в этот момент в дело вступил засадный полк под командованием Серпуховского князя Владимира Андреевича и воеводы Дмитрия Боброка Волынского, после чего многочисленное войско Мамая обратилось в бегство.