Копья имели гранёные наконечники и два темляка (ремённые петли). На них копья носили за плечом во время стрельбы из лука. Копьё в бою держали двумя руками, не пользуясь щитом. Судя по миниатюрам, щит использовали в паре с саблей. Копья могли иметь крюк, как и в XIII в. Появляются флажки на копьях. Возможно, на них имелись какие-либо родовые знаки или тамги, если пикой владел знатный воин, или цвета подразделений на флажке у простых воинов.

Возможно, монголы, как и русские, в Куликовской битве имели арбалеты, а также большие полевые щиты-павезы — «чапары».

Большой интерес представляют изыскания по поводу места сражения. Массовые захоронения, обнаруженные примерно в пяти километрах от места впадения Непрядвы в Дон, позволяют выдвинуть версию, что сражение развернулось юго-восточнее. Русские войска стояли тылом на северо-восток, спиной к Дону, между речками Курца и Рыхотка (Красная звезда. 1991, 25 дек.).

Вечером 7 сентября русские войска были выстроены в боевой порядок. Большой полк и весь двор московского князя стали центре построения. Ими командовал московский боярин Тимофей Вельяминов. На флангах стали полк правой руки под командованием литовского князя Андрея Ольгердовича и полк левой руки князей Василия Ярославского и Феодора Моложского. Уступом за левым флангом большого полка, прикрывая с тыла полк левой руки, стала дружина князя Дмитрия Ольгердовича. Впереди перед большим полком стал сторожевой полк князей Симеона Оболенского и Иоанна Тарусского. Вверх по Дону в дубраве неподалёку от полка левой руки стал засадный полк во главе с двоюродным братом Дмитрия Владимиром Андреевичем и Дмитрием Боброком-Волынским.

Вечером и ночью Дмитрий Иванович объезжал войска, делал им смотр. После объезда, в темноте, был выслан в засаду полк Владимира Андреевича и Боброка-Волынского.

Тогда же, вечером, татарские передовые части, тесня русских разведчиков Семёна Мелика, увидели русские построившиеся войска. Выбрав возвышенное место, татары рассмотрели русское боевое построение и вернулись к своим главным силам. Мамаю они донесли об увиденном, преувеличив русские силы вчетверо. Не смущаясь количеством врагов, Мамай велел готовиться к бою.

Обращает на себя внимание слабая работа татарской разведки, которая ни в какое сравнение не идёт с монгольской разведкой времён Чингиз-хана и Батыя. Наоборот, русские войска, пополненные выходцами из степи, как бы меняются ролями с татарами. Русские ведут постоянную разведку перед походом, на самом марше и перед битвой. Посылает в разведку и опрашивает разведчиков сам великий князь московский.

Боевой порядок русских войск как бы заранее предполагает атаку татар на левый фланг, и он укрепляется частным резервом (дружина Дмитрия Ольгердовича); именно здесь неподалёку укрывается засадный полк. С одной стороны, подобный боевой порядок диктуется ландшафтом — правый фланг русских прикрыт оврагом, что лишает татарскую конницу возможности маневрировать здесь большими силами. Но, с другой стороны, решение Мамая на бой, несмотря на четырёхкратно завышенные данные о русском войске, и довольно безрассудная атака именно в том направлении, где его ждали и достойно встретили, — всё это вызывает ряд вопросов и даёт возможность заподозрить какую-то скрытую дипломатическую или агентурную подготовку события, полную дезинформацию татарского полководца о реальной расстановке сил противника.

В ночь на 8 сентября Дмитрий с Боброком выезжали на разведку и издали осматривали татарские и свои позиции.

Утро 8 сентября было туманным. До 11 часов, пока туман не рассеялся, войска стояли готовыми к бою, поддерживали связь («перекликались») звуками труб. Князь вновь объезжал полки, часто меняя лошадей (или очень быстро ездил, или сбивал со следа лазутчиков).

Как только туман рассеялся, часть русского войска двинулась вперёд. В это же время из-за холма, расположенного в центре долины (Красный холм), быстро выдвинулись татарские войска с пехотой в центре и конницей на флангах. Боевой порядок татар был тесным, передвижение и маневрирование затруднялись небольшими размерами поля сражения. Войска сблизились и остановились стена против стены, «ибо несть места, где им разступитися», — отмечал летописец.

После сближения татарского войска со сторожевым полком князь Дмитрий, бывший до этого в рядах сторожевого полка, вернулся в большой полк, где поменялся одеждой с Михаилом Андреевичем Бренком, который оставался и сражался под великокняжеским стягом. Сам же Дмитрий стал в первых рядах большого полка.

Итак, организовав войска для боя, Дмитрий принял в нём участие в качестве рядового бойца, тем самым выпустил из рук бразды правления. О передаче командования кому-либо из воевод источники умалчивают. Оперативно реагировать на изменение обстановки, таким образом, русское командование не могло. Лучший воевода, расставлявший полки и выезжавший с князем ночью на разведку, Боброк-Волынский, находился в засадном полку и мог повлиять лишь на время вступления в бой и направление атаки этого полка. Видимо, атака засадного полка и была единственным манёвром, предполагавшимся в ходе сражения, ничего другого не предусматривалось.

Мамай с тремя князьями наблюдал за ходом сражения с возвышенности (Красного холма).

Сражение началось поединком богатырей — Александра Пересвета и Челибея. Оба поединщика пали мёртвыми. Далее последовал бой сторожевого полка, который выдерживал атаки татар около часа, причём был атакован и с фронта, и с флангов. Некоторые источники говорят, что Дмитрий был в сторожевом полку, и когда полк стал отходить под натиском превосходящих сил, князь поехал к главным силам русского войска, чтобы двинуть их в бой. Расчёт, видимо, был на то, что татары в бою со сторожевым полком смешают свои боевые порядки, и им можно будет навязать бой «стенка на стенку», где в условиях узкого пространства численный перевес большой роли не играет.

Однако татары, сбив сторожевой полк, продолжали общий натиск, и произошло взаимное столкновение. Бой здесь был затяжной и жестокий. По свидетельству очевидцев и летописцев, кровь лилась как вода и множество мёртвых падало с обеих сторон. Татарская конница увязла в передовом полку, в «пешей русской великой рати», которая отчаянно дралась, умирая под конскими копытами и задыхаясь от великой тесноты. Летописцы указывают, что кони уже могли ступать по трупам, ибо не было чистого места. Учитывая особенности кавалерийского боя, можно предположить, что татарская конница несколько раз врубалась в ряды русской пехоты и откатывалась.