Dominația mongolă a Rusiei a început să se destrame în timpul domniei de 30 de ani a lui Dmitri. Hoarda de Aur a fost grav slăbită de războiul civil și de rivalitățile dinastice. Dmitri a profitat de această cădere a autorității mongole pentru a-i provoca în mod deschis pe tătari. Deși a păstrat brevetul khanului de a colecta impozite pentru întreaga Rusie, Dmitri este, de asemenea, faimos pentru că a condus prima victorie militară rusă asupra mongolilor. Mamai, un general mongol și pretendent la tron, a încercat să îl pedepsească pe Dmitri pentru că a încercat să își sporească puterea. În 1378, Mamai a trimis o armată mongolă, dar aceasta a fost înfrântă de forțele lui Dmitri în Bătălia de la Râul Vozha.
Doi ani mai târziu, Mamai a condus personal o mare forță împotriva Moscovei. Sergius de Radonej l-a binecuvântat pe Dmitri Donskoy când a mers să lupte cu tătarii în bătălia semnalată de pe câmpul Kulikovo, dar numai după ce a fost sigur că Dmitri a urmărit toate mijloacele pașnice de rezolvare a conflictului. Sergius i-a trimis pe cei doi călugări războinici Alexandru Peresvet și pe prietenul său Rodion Oslyabya să se alăture trupelor rusești. Bătălia de la Kulikovo a fost deschisă printr-o luptă corp la corp între doi campioni. Campionul rus a fost Alexandru Peresvet. Campionul Hordei a fost Temir-murza. Campionii s-au ucis unul pe celălalt în prima cursă. Dmitri a întâlnit apoi a învins Horda. În semn de recunoștință pentru victorie, Dmitri a înființat Mănăstirea Adormirii pe râul Dubenka și a construit o biserică în cinstea Nașterii Sfintei Theotokos peste mormintele războinicilor căzuți.
Învinsul Mamai a fost detronat în prezent de un general mongol rival, Tokhtamysh. Acel khan a reafirmat dominația mongolă asupra Rusiei și a invadat Moscova în 1382 pentru rezistența lui Dimitrie în fața lui Mamai. Cu toate acestea, Dmitri și-a jurat loialitate față de Tokhtamysh și față de Hoarda de Aur și a fost repus în funcția de perceptor principal de taxe mongol și Mare Duce de Vladimir. La moartea sa la Moscova, în 1389, Dmitri a fost primul Mare Duce care și-a lăsat titlurile fiului său, Vasili I al Rusiei, fără a-l consulta pe Khan.
.