Боевой порядок русской рати имел тактическое расчленение в глубину, благодаря чему удалось сохранить силы людей и лошадей, а также свободно маневрировать резервами. Сторожевой полк завязывал бой, главные силы изматывали и обескровливали противника, частный резерв обеспечивал устойчивость в бою большого полка; скрытно расположенный общий резерв имел задачу решить исход битвы внезапным ударом в тот момент, когда все силы противника будут вовлечены в бой, чтобы татары на маневр русской рати не могли ответить контрманевром. Бой продолжался более пяти часов.
Подготавливая внезапный удар засадным полком, русское командование приняло все меры для того, чтобы обеспечить боеготовность своей рати и исключить возможность внезапного нападения противника. Разведка наблюдением и боем велась непрерывно. Службу охранения нес сторожевой полк, выделяя вперед и на фланги «сторожи», т. е. отряды сторожевого охранения. Полки заняли свои места в боевом порядке накануне битвы и ночью оставались на своих местах, вследствие чего густой утренний туман в день боя не мог внести замешательства в ряды русской рати, которая была готова в любой момент вступить в бой.
Большое внимание было уделено обеспечению моральной устойчивости русской рати. Идеологическое воздействие осуществлялось на религиозной и патриотической основах и имело многообразные формы – от поездки Дмитрия в Троицкий монастырь за благословением церкви «на брань» и молений для всего войска до обращения русского командования ко всем воинам с призывом отдать свою жизнь за родину и веру. Личное общение Дмитрия с полками накануне битвы и объезд рати утром, как и личный пример князя в бою, способствовали повышению боеспособности русской рати.
Необходимо отметить роль военного совета, при помощи которого Дмитрий стремился добиться единства мнений всех воевод русской рати, чтобы обеспечить единство действий войск. Решение Дмитрия о форсировании Дона имело не только тактическое, но и моральное значение, так как подчеркивало требование командования добиться победы любой ценой: или победить, или умереть, но при этом нанести противнику наибольшие потери. С этой же целью были уничтожены мосты через Дон после переправы войск на правый берег реки.
В бою русские полки действовали упорно и настойчиво. Частные начальники проявляли разумную инициативу, взаимную выручку и стремление обеспечить действия соседей. На поле боя взаимодействовали пехота и конница. В главных силах, по-видимому, преобладала пехота, в засадном полку – конница, которая рвалась на выручку своей пехоте.