Mongolien herruus Rusissa alkoi murentua Dmitri Donskoin kolmikymmenvuotisen valtakauden aikana. Kultainen Horde oli vakavasti heikentynyt sisällissodan ja dynastisten kilpailujen vuoksi. Dmitri käytti tätä mongolien vallan heikkenemistä hyväkseen ja haastoi avoimesti tataarit. Vaikka hän säilytti kaanin patentin kerätä veroja koko Venäjältä, Dmitri on kuuluisa myös siitä, että hän johti Venäjän ensimmäistä sotilasvoittoa mongoleista. Mamai, mongolien kenraali ja kruununvaatija, yritti rangaista Dmitriä siitä, että hän yritti lisätä valtaansa. Vuonna 1378 Mamai lähetti mongoliarmeijan, mutta Dmitrin joukot kukistivat sen Vozha-joen taistelussa.
Kaksi vuotta myöhemmin Mamai johti henkilökohtaisesti suurta joukkoa Moskovaa vastaan. Sergius Radonežilainen siunasi Dmitri Donskoin, kun tämä lähti taistelemaan tataareja vastaan Kulikovon kentän merkkitaistelussa, mutta vasta sen jälkeen, kun hän oli varmistunut siitä, että Dmitri oli pyrkinyt kaikkiin rauhanomaisiin keinoihin konfliktin ratkaisemiseksi. Sergius lähetti kaksi soturimunkkia, Aleksandr Peresvetin ja hänen ystävänsä Rodion Osljabjan, liittymään venäläisten joukkoihin. Kulikovon taistelu avattiin kahden mestarin välisellä kaksintaistelulla. Venäläinen mestari oli Aleksanteri Peresvet. Horden mestari oli Temir-murza. Mestarit tappoivat toisensa ensimmäisessä juoksussa. Dmitri tapasi sitten kukisti horden. Kiitokseksi voitosta Dmitri perusti Dubenka-joen varrelle Neitsyt Marian luostarin ja rakennutti kaatuneiden sotureiden hautojen päälle kirkon Pyhän Jumalansynnyttäjän syntymän kunniaksi.
Voitetun Mamain syrjäytti tällä hetkellä kilpaileva mongolien kenraali Tokhtamysh. Tämä kaani vahvisti uudelleen mongolihallinnon Rusissa ja valloitti Moskovan vuonna 1382 Dmitryn vastarinnan vuoksi Mamaita vastaan. Dmitri kuitenkin vannoi uskollisuuttaan Tokhtamyshille ja Kultaiselle ordenille, ja hänet palautettiin mongolien pääveronkerääjäksi ja Vladimirin suuriruhtinaaksi. Kuollessaan Moskovassa vuonna 1389 Dmitri oli ensimmäinen suuriruhtinas, joka testamenttasi tittelinsä pojalleen Vasili I:lle Venäjän kaania kuulematta.