莫斯科选择战斗。德米特里·伊万诺维奇没有坐等入侵者到来，而是主动前去迎战鞑靼人。双方军队在沃札河（Vozha River）相遇，展开激战。经过长时间较量，两方势均力敌，没有任何一方能够打败对手，越到河对岸去。1378年8月11日，别吉赤按捺不住，派部队过河，大喊大叫着向罗斯人疾驰而去，企图从两翼包围罗斯军队。然而这一次，罗斯人做好了充分准备，他们打退了敌人的进攻，杀死了包括别吉赤在内的5名鞑靼将领，随后又向别吉赤骑兵队发起反攻。见对手汹涌而来，鞑靼骑兵扔下自己的帐篷、马车和蒙古包，狼狈逃跑，惊慌之中有许多士兵淹死在河里。徐徐降下的夜幕帮助鞑靼人避开了追击，免去了全军覆没的危险。德米特里·伊万诺维奇满载战利品，胜利回营。
沃札河之战是一个转折点，是150年来罗斯人第一次在正规战斗中战胜鞑靼人。罗斯人意识到，鞑靼人绝非不可战胜，但也不能像皮雅那河之战那样过于自信，低估鞑靼人的力量。
这次胜利为之后更大规模的战斗拉开了序幕。得到败报的马迈异常暴怒，他对鞑靼宗王和鞑靼贵族们说：“你们要把固执而任性的奴隶们处死！要使他们的城市、他们所有的一切和基督教教堂化为灰烬！我们要夺取罗斯的黄金发财致富！”
罗斯面临着前所未有的威胁，马迈并不满足于发动一次报复性的远征，而是决心捣毁东正教堂，从宗教以及政治上完全征服罗斯人：“毁灭基督教，焚毁上帝的教堂，废除上帝的规则。我不想像拔都那样，我将到达罗斯，杀死罗斯的王公们，住在罗斯并统治罗斯，过上安稳宁静的日子。”这就意味着，如果马迈赢得了对莫斯科的战争，罗斯这些东正教国家将被迫皈依伊斯兰教。
为了筹划这次决定性的远征，1378—1379年马迈都在招兵买马。他的幕僚对他说：“你的军队衰弱了，你的力量枯竭了，但是你有无数财产，你可以……募集许多军队。”
最终，1380年，由马迈亲自统率的大军从金帐汗国出发，踏上了远征莫斯科的征途。
虽然马迈意图效仿金帐汗国的创始人拔都征服罗斯诸国，但他麾下的军队与昔日拔都麾下横扫东欧的蒙古军队大不相同。此时的金帐汗国，军队由十人队、百人队、千人队和万人队组成，不过装备和队形仍然跟成吉思汗时代一样：骑兵装备重弯刀、远射程的弓以及可以从马鞍上拖下骑兵的带钩的矛。从表面上看，这与150年前的蒙古骑兵相似，但根据目击者的记录，比起拔都时代的蒙古铁骑，马迈军队的装备居然退化了——这显然是长达20年的混乱与内战的恶果。这一时期的金帐汗国长期缺乏金属盔甲，士兵只能身着浸透油脂的皮盔甲或者用一些皮革、毡子、织物缝制的盔甲。
不过最明显的区别不是装备退化，而是汗王的军队不再是一支纯粹的骑兵。除了蒙古—鞑靼人之外，马迈的军队里还有大量热那亚人、希腊人、亚速人与亚美尼亚人。这些人都备有战斧，构成了军队中的步兵，他们护身的装备有盾、锁子衫以及与锁子甲相连的扁平金属头盔。需要注意的是，热那亚的雇佣矛兵、弩弓兵身着铠甲，是金帐汗国最为精锐的步兵力量，这显然是因为盘踞在克里米亚半岛沿海的热那亚人，希望通过帮助马迈赢得战争，从而谋求更大的贸易利益。
1380年夏天，马迈率领号称20万的大军渡过伏尔加河，驻于沃罗涅日河河口附近。得知马迈出兵后，早就觊觎罗斯土地的立陶宛王公雅盖洛·奥尔格尔多维奇立即同他结成联盟，答应9月1日与蒙古—鞑靼人会合，一起进军莫斯科。莫斯科周围两个最大邻国的结盟，使其有了被击溃、被肢解的危险。除了这两个充满敌意的邻居之外，莫斯科周围还有一个摇摆不定的梁赞公国。
位于莫斯科东面的梁赞王公奥列格·伊万诺维奇担心自己与鞑靼草原接壤，会首先遭到鞑靼人的攻击，因此采取骑墙态度。他一边派人给德米特里写信，警告他：“马迈倾国出动，进军梁赞地区反对你我，雅盖洛也是这样，但是我们的手还高举着。不要睡，鼓起勇气来！”结果一转身，他就对马迈摇尾乞怜：“您，最英明的君王，如今取得黄金和大量财富的时机到了……莫斯科的财富将落入您的手中；而您的奴隶——梁赞的奥列格，将有幸获得您的恩典……”奥列格的如意算盘是：马迈获胜后，从金账汗国那里取得莫斯科领地的一部分，借此取代德米特里，成为新的“全俄罗斯大公”；如果德米特里获胜，则从莫斯科那里得到回报。
德米特里·伊万诺维奇获悉马迈出兵后，立即向罗斯各公国派出急使，号召大家全力以赴保卫罗斯领土。整个罗斯都被动员起来，记载库利科沃大决战的古老叙事诗《顿河左岸故事》写道：“战马在莫斯科长嘶，颂歌响彻整个国土。号角在科洛姆纳吹奏，战鼓在谢尔普霍夫敲响，军旗在大顿河的陡岸上飘扬。”德米特里大公从自己的公国与从属王公的领地召集起了一支罗斯历史上空前庞大的大军，于1380年8月15日向东进发。莫斯科大公的计划是：阻止立陶宛人与鞑靼人会合，并猛攻最强大、最危险的鞑靼军，赶在马迈军侵入罗斯各公国之前将其消灭。
罗斯骑兵
莫斯科军的核心是封建王公们率领的亲兵。这些富有战斗经验的老兵是骑兵，其武器是罗斯长剑（类似鞑靼人的马刀）、悬挂在皮带上的圆锤与挂在肩上的弓弩。德米特里为他的亲兵准备了在欧洲堪称一流的罗斯盔甲：锁子甲由一枚枚直径10—12毫米的铁环锻铆而成，胸前的护心镜用铁皮包裹，球顶尖盔为金属制成。夏日阳光照射在这些戴着头盔、身穿锁子甲的骑士身上，闪烁着可怕的光。在俄罗斯的民间文学里，这些骑士的“盔甲好似流水在风中轻轻浮动。镀金的头盔戴在头上好似晴天的朝霞闪闪发光……”
不过，这支亲兵战斗力虽然强大，但人数却不多。罗斯军队的主力是民团——“按索哈应征者”，即从农民和城市“黎民百姓”（指向国家纳税的人）中征集的人民武装。城市居民为民团核心，主要成员是手工业者和普通公民，也有商人、地方领主及其侍从；而农村居民，则主要为自由农民。当形势变得十分危急时，所有能使用武器的市民均须参加民团。民团的军人根据所带的武器分别承担骑兵和步兵勤务。
罗斯步兵
在蒙古人入侵前，罗斯国家的惯例是，战时不动员农村居民，农民不参加战斗；但蒙古人入侵改变了这一惯例，并使莫斯科建立起了一套快速而广泛的征兵系统，包括所有农民在内。按“索哈”征集来的民兵用斧子、猎熊矛、长木棒（粗棍子）和短锤武装起来。这些普通士兵买不起价格高昂的锁子甲，他们穿上缝有铁块、铜块的衬衣、皮袄来保护自己。至于头盔和盾，自然也是奢侈之物。
颇为讽刺的是，比起蒙古入侵前的罗斯军队，1380年的莫斯科军队在一个半世纪的“鞑靼桎梏”下变得强大多了，而这恰恰是蒙古人造成的。俄国著名史学家巴托尔德说过，15世纪突厥人的军事结构是“成吉思汗帝国的遗产”，在某种程度上这句话同样适用于14世纪后期的莫斯科大公国。蒙古统治期间，前往汗的营帐获取敕令的罗斯王公们为了获取汗的眷顾，经常参与金帐汗的远征。此外，还有很多罗斯人被征召到蒙古军中参加战斗（一般按成年男子1∶10的比例征召）。譬如，罗斯托夫的王公们就曾带领自己的士兵参加过1277—1278年金帐汗国对北高加索倔强山民的远征。这样做的后果就是，在参与蒙古可汗指挥的一系列军事行动的过程中，罗斯人学到了蒙古人的军事策略和组织制度，并将其引入罗斯军队。
一个很明显的迹象是：这一时期，罗斯军队是按十进制的标准组建的，即十人队、百人队、千人队和万人队，并且每一个指挥官都有一面旗帜和一个信号鼓，这些都仿自蒙古骑兵。
罗斯采用的这种与蒙古军队高度相似的军事组织制度说明，蒙古统治对罗斯的影响十分巨大，这种影响至今还能在俄语中得到体现，俄语中的“战旗”“大鼓”等单词都是源自中世纪的蒙古语。此外，在武器装备方面，自13世纪中期开始，罗斯士兵传统的盔甲逐渐被蒙古式盔甲替代，以致14—16世纪生产蒙古—鞑靼样式武器的波斯手工匠人在罗斯名气很大。随着罗斯军队逐渐向蒙古骑兵靠拢，它与欧洲邻国的军队慢慢显露出差异来。实际上，当时的鞑靼士兵和罗斯士兵使用的某些装备完全相同，譬如罗斯骑射手的装束和武器，就与鞑靼骑射手的一样。而同处东欧的波兰和立陶宛士兵与罗斯士兵的装备大相径庭，他们穿着截然不同的欧式铠甲和头盔。当时的罗斯重骑兵虽然在地位上与欧洲的骑士相差无几，但战马却没有披上欧式重甲，而是身披轻甲或皮制马铠，显然是受蒙古骑兵的影响，通过减轻马甲的分量来提高重骑兵的机动性。
蒙古—鞑靼军队常用的诱敌伏击战术也被罗斯军队学了去，即日后俄国哥萨克骑兵著名的“拉瓦”战术。进攻时，主力部队的骑兵间保持几步间隔，然后疏散队形，分两翼前进包抄敌军，只留出后面的精锐梯队；如果包抄不成，就四散回撤，在事先安排好的掩护部队后面集合，再次组织进攻。他们会以突击的方式迅速冲破敌军的战斗队形，并在追击敌人的时候保持军队的机动性。这一战术毫无疑问来自曾使罗斯人在战场上一败涂地的蒙古骑兵。
前往迎战马迈多民族杂牌军的就是这样一支很大程度上已经“蒙古化”的罗斯军队。1380年9月7日，德米特里的军队进抵顿河左岸，此时的他面临一个艰难的抉择：是渡过顿河去迎击马迈的军队，还是留在左岸？显而易见，若是渡河，一旦战败将没有退路，停在顿河左岸则比较安全。一些谨慎的将领认为应该留在左岸，“给自己留住后路”；另一些将领则主张渡河，“让所有人作战，都不要耍滑头，谁也别想幸免”！这时候，三位一体修道院的“圣徒”谢尔吉捎来了口信：“不要犹豫不前！与信仰一道前进，迎击敌人的暴行。不要害怕，上帝在你们这边。”时年30岁的德米特里大公也认识到，自己的民兵人数虽多，但没有经过战斗队形方面的训练，只有在组成密集阵型时才是一支有效的战斗力量，所以不能指望他们沿河岸部署时能够阻止鞑靼军队渡河。鉴于此，他决定率兵渡过顿河，“与其苟且偷生，不如光荣地死”，在对岸的库利科沃平原（今属俄罗斯图拉州库尔金地区）与蒙古军决战。用中国人熟悉的话来说，就是“破釜沉舟”“背水一战”“置之死地而后生”！另一方面，罗斯军队渡过顿河将使已抵达己方侧后的立陶宛大公的军队无法进击，同时使蒙古军不好作战：库利科沃原野位于涅普利雅德瓦河与顿河汇合处，这里原野虽然广大却沟壑纵横，中间是一片沼泽地，四周山峦起伏，丛林密布。这种地形比较适合莫斯科大公国的步兵作战，鞑靼骑兵则很难发挥威力。
横在罗斯军队面前的那段顿河既无桥梁，又无渡口。由于形势紧迫--莫斯科的侦骑发现马迈的大军就驻扎在距离库利科沃原野大约7俄里（1俄里=1.067公里）的地方，德米特里大公当场决定在顿河上架桥。于是，罗斯军队火速砍伐岸边的树木筑起桥梁。当天夜里，趁着夜色和浓雾，罗斯大军通过桥梁顺利渡过顿河，来到库利科沃原野，静待中世纪欧洲规模最大的会战之一--库利科沃之战的爆发。
