La domination mongole de la Rus commence à s’effriter durant les trente ans de règne de Dmitry. La Horde d’or était gravement affaiblie par la guerre civile et les rivalités dynastiques. Dmitri profite de ce relâchement de l’autorité mongole pour défier ouvertement les Tatars. S’il a conservé la patente du Khan pour collecter des taxes pour toute la Russie, Dmitry est également célèbre pour avoir mené la première victoire militaire russe sur les Mongols. Mamai, un général mongol et prétendant au trône, tente de punir Dmitry pour avoir tenté d’accroître son pouvoir. En 1378, Mamai a envoyé une armée mongole, mais elle a été vaincue par les forces de Dmitry dans la bataille de la rivière Vozha.
Deux ans plus tard, Mamai a personnellement dirigé une grande force contre Moscou. Sergius de Radonezh a béni Dmitry Donskoy lorsqu’il est allé combattre les Tatars dans la bataille signalée du champ de Kulikovo, mais seulement après avoir été certain que Dmitry avait poursuivi tous les moyens pacifiques pour résoudre le conflit. Sergius a envoyé les deux moines guerriers Alexandre Peresvet et son ami Rodion Oslyabya pour rejoindre les troupes russes. La bataille de Kulikovo fut ouverte par un combat singulier entre deux champions. Le champion russe était Alexander Peresvet. Le champion de la Horde était Temir-murza. Les champions se sont entretués dès la première manche. Dmitry a ensuite rencontré la Horde et l’a vaincue. En remerciement de la victoire, Dmitry a établi le monastère de la Dormition sur la rivière Dubenka et a construit une église en l’honneur de la Nativité de la Sainte Theotokos sur les tombes des guerriers tombés.
La défaite de Mamai a été actuellement détrônée par un général mongol rival, Tokhtamysh. Ce khan a réaffirmé la domination mongole sur la Rus et a envahi Moscou en 1382 pour la résistance de Dmitry à Mamai. Dmitry, cependant, promet sa loyauté à Tokhtamysh et à la Horde d’Or et est réintégré comme principal collecteur d’impôts mongol et Grand Duc de Vladimir. À sa mort à Moscou en 1389, Dmitry fut le premier grand-duc à léguer ses titres à son fils Vassili Ier de Russie sans consulter le Khan.