Тогда Мамай перенес главный удар своего войска на левый фланг русского строя. «И тут пешая рать, как дерево, сломилась, и как сено подсечена, и было видеть это страшно, и начали татары одолевать». Упорно отбиваясь, полк левой руки медленно отходил назад, к Непрядве. Ордынская конница начала охватывать левый фланг «большого полка». Казалось, победа уже склоняется на сторону Мамая.
Но в Зеленой дубраве, потаенно от врага, стоял нерастраченный засадный полк, и «князь Владимир Андреевич с избранным воинством и с мудрым и удалым воеводой Дмитрием Боброком-Волынцем» ждали удобного момента, чтобы нанести рати Мамая смертельный удар. Горячий Владимир Андреевич уже беспокоился, видя отступление полка левой руки: «Чем полезно стояние наше? Кому нам помочь? Уже все мертвые лежат христианские полки!» Но опытный воевода удержал его:
«Беда, княже, велика! Но не время еще нам выйти на супостатов!» Только в три часа дня, когда ветер стал дуть в сторону татар и все ордынское войско ввязалось в сечу, не оставив резервов, воевода сказал князю: «Княже, час пришел!»
Засадный полк вылетел из дубравы и ударил в тыл и фланг ордынцев, ударил с яростью, и от неожиданного удара «пришли в ужас татары, и устрашились, и воскликнули: „Увы нам, увы нам! Христиане перехитрили нас, лучших и удалых князей и воевод спрятали и на нас неутомленными приготовили. Наши же руки ослабли, колени оцепенели, плечи устали, и кони наши утомлены, и оружие наше иступилось. Кто может против них выстоять? Горе нам!“» Та часть ордынского войска, которая оказалась в глубине русского строя, была опрокинута в воды реки Непрядвы. Остальных ордынцев погнали обратно, к Красному холму, месту ставки Мамая. Это было началом общего отступления врага. Все русские полки, ободренные успехом засадного полка, двинулись вперед. «И побежали татарские полки, а христианские полки за ними погнались, били и секли. Увидев, что новые полки неутомленные вышли на татар, побежал Мамай с князьями своими в малой дружине. И многие татары пали от оружия христианского воинства, а другие в реке утонули. И гнали их до реки до Мечи, а княжеские (конные) полки гнались до станов их и захватили имения и богатства их много».
Далее летописец повествовал о поисках после битвы великого князя Дмитрия Ивановича. «Двое из простых воинов, одному имя Федор Зов, а другому имя Федор Холопов, нашли великого князя сильно избитого, едва дышащего, под свежесрубленным деревом, лежавшего, как мертвый, и сошли с коней, поклонились ему, и один быстро возвратился к князю Владимиру Андреевичу, поведал ему, что великий князь жив», но «был доспех его весь избит и изранен». Летописец отметил, что Дмитрий Иванович «прежде всех стал на бой и впереди с татарами много бился», хотя князья и воеводы уговаривали великого князя перед боем: «Княже, не становись впереди биться, но стань сзади, или на крыле, или где-нибудь в другом месте». На это Дмитрий заявил: «Да как я скажу кому-нибудь: „Братья, встанем крепко на врага!“ — а сам встану сзади и лицо свое скрою? Не могу я так сделать, чтобы таиться и скрывать себя, но хочу как словом, так и делом прежде всех начать и прежде всех голову положить, чтобы прочие, видя мое дерзновение, так же сотворили с многим усердием!» Дмитрий Иванович, пояснил летописец, «как сказал, так и сделал, прежде всех начал биться с татарами, да со всех сторон его обступили татары, как вода, и много по голове и по плечам и по животу его били и кололи и секли, но спасся он от смерти, только утомлен был от великой битвы почти до смерти. Был же сам он очень крепкий и мужественный, и телом велик и широк, и плечист, и тяжел собою, бородой же и волосами черен, взором удивителен».
Восемь дней простояло русское войско за Доном на поле битвы, «на костях», как говорили в старину. Великий князь приказал: «Изочтите, братья, сколько осталось нас всех». И доложили ему вскоре: «Княже, осталось всех нас 40 000». Нелегкой ценой досталась Руси победа над Ордой!