Det mongolske herredømme over Rus begyndte at smuldre i løbet af Dmitrij Donskijs trediveårige regeringstid. Den Gyldne Horde blev alvorligt svækket af borgerkrig og dynastiske rivaliseringer. Dmitri benyttede sig af dette svigt i den mongolske autoritet til åbent at udfordre tatarerne. Selv om han bevarede khanens patent på at opkræve skatter for hele Rusland, er Dmitry også berømt for at have ført an i den første russiske militære sejr over mongolerne. Mamai, en mongolsk general og tronarving, forsøgte at straffe Dmitry for at forsøge at øge sin magt. I 1378 sendte Mamai en mongolsk hær, men den blev besejret af Dmitris styrker i slaget ved Vozha-floden.
To år senere førte Mamai personligt en stor styrke mod Moskva. Sergius af Radonezh velsignede Dmitrij Donskoj, da han drog ud for at bekæmpe tatarerne i det signalgivende slag på Kulikovo-marken, men først efter at han var sikker på, at Dmitrij havde forsøgt alle fredelige midler til at løse konflikten. Sergius sendte de to krigermunke Alexander Peresvet og hans ven Rodion Oslyabya ud for at slutte sig til de russiske tropper. Slaget ved Kulikovo blev indledt med en enkeltkamp mellem to mestre. Den russiske mester var Alexander Peresvet. Hordemesteren var Temir-murza. Mestrene dræbte hinanden i det første løb. Dmitry mødte derefter besejrede Horden. Som tak for sejren oprettede Dmitry Dormition-klosteret ved Dubenka-floden og byggede en kirke til ære for den hellige Theotokos’ fødsel over de faldne krigeres grave.
Den besejrede Mamai blev i øjeblikket detroniseret af en rivaliserende mongolsk general, Tokhtamysh. Denne khan genetablerede det mongolske herredømme over Rus og overrendte Moskva i 1382 på grund af Dmitriis modstand mod Mamai. Dmitrij svor dog sin loyalitet til Toktamysh og til Den Gyldne Horde og blev genindsat som mongolsk hovedskatteopkræver og storhertug af Vladimir. Ved sin død i Moskva i 1389 var Dmitri den første storhertug, der testamenterede sine titler til sin søn Vasili 1. af Rusland uden at rådføre sig med khanen.