Det mongoliska herraväldet över Rus började falla sönder under Dmitrij Donskojs trettioåriga regeringstid. Guldhorden försvagades allvarligt av inbördeskrig och dynastiska rivaliteter. Dmitrij drog nytta av detta bortfall i den mongoliska auktoriteten för att öppet utmana tatarerna. Samtidigt som han behöll khanens patent att samla in skatter för hela Ryssland är Dmitry också känd för att ha lett den första ryska militära segern över mongolerna. Mamai, en mongolisk general och tronpretendent, försökte straffa Dmitry för att han försökte öka sin makt. År 1378 skickade Mamai en mongolisk armé, men den besegrades av Dmitris styrkor i slaget vid floden Vozha.
Två år senare ledde Mamai personligen en stor styrka mot Moskva. Sergius av Radonezj välsignade Dmitrij Donskoj när han gick ut för att slåss mot tatarerna i signalslaget vid Kulikovofältet, men först efter att han var säker på att Dmitrij hade sökt alla fredliga medel för att lösa konflikten. Sergius skickade de två krigarmunkarna Alexander Peresvet och hans vän Rodion Oslyabya för att ansluta sig till de ryska trupperna. Slaget vid Kulikovo inleddes med en enkel strid mellan två mästare. Den ryske mästaren var Alexander Peresvet. Hordemästaren var Temir-murza. Mästarna dödade varandra i det första loppet. Dmitry mötte sedan besegrade Horden. Som tack för segern grundade Dmitry klostret Dormition vid floden Dubenka och byggde en kyrka till ära av den heliga Theotokos födelse över de fallna krigarnas gravar.
Den besegrade Mamai detroniserades för närvarande av en rivaliserande mongolisk general, Tokhtamysh. Den khanen bekräftade återigen det mongoliska styret över Rus och övermannade Moskva 1382 på grund av Dmitris motstånd mot Mamai. Dmitrij lovade dock sin lojalitet till Toktamysh och till Gyllene horden och återinsattes som mongolisk huvudskatteindrivare och storhertig av Vladimir. Vid sin död i Moskva 1389 var Dmitry den första storhertig som testamenterade sina titlar till sin son Vasili I av Ryssland utan att rådgöra med khanen.