Битві передували кількаденні переговори Вітовта та Темір-Кутлука, в ході яких хан навіть погодився… визнати литовського великого князя своїм зверхником. Проте ситуація змінилася з прибуттям до ординців сильного підкріплення на чолі з Єдигеєм, котрий по суті став головнокомандувачем війська кочівників. Про хід битви з джерел відомо небагато – усі існуючі в історичній літературі описи є спробами реконструкції. Схоже, битва почалася вдень, десь після полудня, причому литовці займали обидва береги Ворскли (переправу стеріг загін поляків), і тривала до настання темряви. Обстріл татар із рушниць і бомбард тевтонцями та поляками виявився малоефективним, але ординці могли вдатися до удаваного відступу, що, вочевидь, спричинило серію непідготовлених атак з боку окремих частин війська Вітовта. Вирішальну роль, напевне, відіграли елітні війська Єдигея, який, як і його суперник, брав особисту участь у битві. Усі джерела наполягають на тому, що наприкінці бою окремі частини литовсько-руського війська билися в оточенні й прорватися вдалося небагатьом. Величезні втрати військ Вітовта в командному складі свідчать про довге й успішне переслідування Єдигеєм розбитого ворога (за джерелами – аж до стін Києва, котрий заплатив татарам викуп).
Розгром війська Вітовта в одній із найбільших у європейській історії XIV ст. битв був жахливий: за найобережнішими оцінками, загинуло чи потрапило в полон більш ніж половина його війська (значну частину тих, хто врятувався, становили татари Тохтамиша, що першими втекли з поля бою), серед яких були господар Стефан I, комтур Шурвилло, Спитко з Мельштина, князі Андрій та Дмитро Ольгердовичі, Дмитро Коріатович, а загалом, за різними джерелами, – від 50 до 74 князів та видатних представників боярських родів. Вітовту, Тохтамишу та Джелаль-ад-Діну вдалося врятуватися. Єдигей та Темір-Кутлук втратили значно менше. Наслідки битви для Східної Європи були значні, але суперечливі: блискучий полководець і політик Єдигей зміцнив на якийсь час становище Золотої Орди, яка по суті розпалася вже в першій половині XV ст., породивши нові державні утворення (Кримське, Казанське, Астраханське, Сибірське ханства, Ногайська Орда тощо). Зазнали краху честолюбні плани Вітовта стати гегемоном Східної Європи, розірвавши нерівноправний союз із Польщею, та Тохтамиша – повернутися у «велику політику». Стратегічно у виграші опинився головний конкурент Литви у справі збирання земель Київської Русі – Москва. Битва ненадовго, але помітно послабила мілітарну потужність руських земель під владою Литви.
Князь Вітовт завжди був і є