Результат битвы определился совершенно неожиданной для монголо-татар атакой засадного полка, которую возглавил Боброк-Волынский. Особо следует отметить, что воевода терпеливо дождался момента, когда можно было нанести решающий удар, хотя князь Владимир Андреевич постоянно уговаривал его начать атаку, говоря, что дальнейшее стояние в дубраве бесцельно. На эти уговоры воевода твердо отвечал, что «еще не пришел час». Но напряжение боя было таково, что конники засадного полка уже хотели пойти на помощь погибавшим товарищам без приказа, однако Боброк-Волынский их остановил словами о Боге: «Никто не пойдет на брань, ибо возбраняет это нам Господь».
Боброк-Волынский специально дождался момента, когда солнце стало светить в глаза воинам Мамая, ослепляя их (эффект от чего был тем большим, что ветер около 15 часов изменил направление и начал нести им пыль в глаза). Кроме того, Мамай, прорвав оборону левого фланга, излишне увлекся преследованием и сгруппировал для этого свои войска, не оставив резервов для отражения фланговых ударов. В этот момент воевода наконец отдал приказ: «Теперь дерзайте, друзи братие, во имя Отца и Сына, и Святого Духа!»
В ходе атаки засадного полка монголо-татары были смяты и опрокинуты в Непрядву. Сразу же после успеха атаки Боброка-Волынского, пошли в атаку войска с правого фланга и полк Тимофея Вельяминова, после чего воины Мамая окончательно смешались и бросились бежать.
«Сказание о Мамаевом побоище» подробно описывает эту атаку Боброка-Волынского, и из данного описания опять видна его решающая роль в достигнутой победе: «Поганые же стали одолевать, а христианские полки поредели – уже мало христиан, а все поганые. Увидев же такую погибель русских сынов, князь Владимир Андреевич не смог сдержаться и сказал Дмитрию Волынцу: «Так какая же польза в стоянии нашем? какой успех у нас будет? кому нам пособлять? Уже наши князья и бояре, все русские сыны, жестоко погибают от поганых, будто трава клонится!» И ответил Дмитрий: «Беда, княже, велика, но еще не пришел наш час: начинающий раньше времени вред себе принесет, ибо колосья пшеничные подавляются, а сорняки растут и буйствуют над благо рожденными. Так что немного потерпим до времени удобного и в тот час воздадим по заслугам противникам нашим. Ныне только повели каждому воину Богу молиться прилежно и призывать святых на помощь, и с этих пор снизойдет благодать Божья и помощь христианам». И князь Владимир Андреевич, воздев руки к небу, прослезился горько и сказал: «Боже, отец наш, сотворивший небо и землю, помоги народу христианскому! Не допусти, Господи, радоваться врагам нашим над нами, мало накажи и много помилуй, ибо милосердие Твое бесконечно!» Сыны же русские в его полку горько плакали, видя друзей своих, поражаемых погаными, непрестанно порывались в бой, словно званные на свадьбу сладкого вина испить. Но Волынец запретил им это, говоря: «Подождите немного, буйные сыны русские, наступит ваше время, когда вы утешитесь, ибо есть вам с кем повеселиться!»
И вот наступил восьмой час дня, когда ветер южный потянул из-за спины нам, и воскликнул Волынец голосом громким: «Княже Владимир, наше время настало, и час удобный пришел!» – и прибавил: «Братья моя, друзья, смелее: сила Святого Духа помогает нам!»
Соратники же друзья выскочили из дубравы зеленой, словно соколы испытанные сорвались с золотых колодок, бросились на бескрайние стада откормленные, на ту великую силу татарскую; а стяги их направлены твердым воеводою Дмитрием Волынцем: и были они, словно Давидовы отроки, у которых сердца будто львиные, точно лютые волки на овечьи стада напали и стали поганых татар сечь немилосердно.
Поганые же половцы увидели свою погибель, закричали на своем языке, говоря: «Увы нам, Русь снова перехитрила; младшие с нами бились, а лучшие все сохранились!» И повернули поганые, и показали спины, и побежали. Сыны же русские, силою Святого Духа и помощью святых мучеников Бориса и Глеба, разгоняя, посекли их, точно лес вырубали – будто трава под косой ложится за русскими сынами под конские копыта. Поганые же на берегу кричали, говоря: «Увы нам, чтимый нами царь Мамай! Вознесся ты высоко – и в ад сошел ты!» И многие раненые наши, и те помогали, посекая поганых без милости: один русский сто поганых гонит.
Безбожный же царь Мамай, увидев свою погибель, стал призывать богов своих: Перуна и Салавата, и Раклия и Хорса, и великого своего пособника Магомета. И не было ему помощи от них, ибо сила Святого Духа, точно огонь, ожигает их.
И Мамай, увидев новых воинов, что, будто лютые звери, скакали и разрывали врагов, как овечье стадо, сказал своим: «Бежим, ибо ничего доброго нам не дождаться, так хотя бы головы свои унесем!» И тотчас побежал поганый Мамай с четырьмя мужами в излучину моря, скрежеща зубами своими, плача горько, говоря: «Уже нам, братья, в земле своей не бывать, а жен своих не ласкать, а детей своих не видать, ласкать нам сырую землю, целовать нам зеленую мураву и с дружиной своей уже нам не видеться, ни с князьями, ни с боярами!»
После достигнутой на Куликовом поле победы началось преследование убегавших монголо-татарских войск, которое длилось около 50 километров до реки Мечи. В ходе преследования была уничтожена большая часть оставшегося после поражения на Куликовом поле войска Мамая – сумели спастись и возвратиться в Золотую Орду лишь очень немногие. После столь блистательной победы вполне понятны слова, сказанные Дмитрием Иоанновичем Боброку-Волынскому: «Воистину, Дмитрий, не лжива примета твоя, подобает тебе всегда воеводою быть».
Отметим, что при всей грандиозности победы русские потери были сравнительно невелики – не более 20 тысяч воинов, в то время как Мамай потерял примерно 80–90 % своего войска.