Оба царевича снова пожаловались хану, что вот он идет к Москве, а «московские люди нас побили… из снаряду». Узнав о прибытии к месту сражения Большого полка, Девлет-Гирей резко изменил планы и от наступления перешел к обороне. Несмотря на первую неудачу у береговой черты, русское командование добилось впечатляющего стратегического успеха, перехватив инициативу и сковав движение ханского войска.
Девлет-Гирей занял позиции в 7 верстах от реки Пахры — «стал в болоте со многими людьми». Это был обычный тогда способ обороны, который применялся и русскими войсками. Итальянский путешественник Рафаэль Барберини, посетивший Россию в 1565 году, так описывает эти места: «Между югом и Москвою, милях в трехстах от последней, пролегают многие болота и топи: страна эта называется Мценск… и когда нападает сильный неприятель, здешний народ тотчас спасается в означенных болотах».
29 июля передовые отряды обеих армий «травились, а… бою не было». Воеводы использовали передышку, чтобы стянуть к месту сражения все имеющиеся в их распоряжении силы. На следующий день Девлет-Гирей понял свою ошибку и со всей ордой направился к Молодям. Здесь, между реками Рожаем и Лопасней, на заранее выбранной позиции его уже ждало все русское войско. Московский стан был окружен гуляй-городом и обведен глубоким рвом.
На другой день началось решающее сражение — «дело было велико и сеча велика». Девлет-Гирей сразу ввел в бой свои основные силы, бросив их против Большого полка, укрывшегося в гуляй-городе. Деревянные укрепления гуляй- города оказались не по зубам татарской коннице. Измотав противника, русские перешли в контратаку. Сражение продолжалось до вечера. Орда устояла, но понесла большие потери; среди убитых были ногайский «большой мурза» Теребердей и трое ширинских князей. Суздалец, сын боярский Темир Алалыкин, пленил «кровопийцу Дивей-мурзу» — лучшего ханского полководца (в наших летописях Дивей-мурза — имя ногайского князя; но есть сведения, что дивей-мурзами называли начальников крупных отрядов в несколько десятков тысяч человек). Вместе с ним в плен попали многие татарские мурзы, «жива» взяли и астраханского царевича. Русские потеряли всего 70 человек.
Ни одна из противоборствующих сторон не оставила своих позиций. Следующие два дня было затишье; охотники из обеих армий выезжали в поле и «травились» друг с другом.
Между тем, несмотря на успех в сражении 30 июля, положение русского войска было не из легких. В лагере кончались запасы продовольствия, и в «полках учал быть голод людям и лошадям великий». Бедственное состояние армии настолько бросалось в глаза, что даже пленный Дивей-мурза дерзко заявил князю Михаилу Воротынскому и воеводам:
— Эх, вы, мужичье! Как вы, жалкие, осмелились тягаться с нашим государем, крымским ханом!
Воеводы попытались урезонить его:
— Ты сам в плену, а еще грозишься!
На что Дивей-мурза заявил:
— Если бы взяли не меня, а хана, я бы его освободил, а вас бы, мужиков, угнал в полон. — И по просьбе воевод пояснил: — Я выморил бы вас голодом в вашем гуляй-городе в пять-шесть дней.
Замечание татарского полководца было настолько верно, что воеводы не нашлись что ответить ему. Действительно, в русском лагере уже ели конину.
Воеводы пытались побудить хана к отступлению ложными известиями о подходе к ним подкреплений. Но хитрость имела обратный эффект — она только подхлестнула Девлет-Гирея на активные действия. Впрочем, и это было неплохо, ибо в данной ситуации для русских существовал только один непобедимый враг — голод.
2 августа сражение развернулось с наибольшей силой. Девлет-Гирей бросил главные силы («многие полки») на гуляй-город, чтобы освободить Дивей-мурзу. Противники вступили «в бой насмерть». Татары наступали в конном строю и даже против обыкновения спешившись, пытаясь разломать укрепления гуляй-города, где засел князь Хворостинин со стрельцами и немецкими наемниками. Стрельцы и немцы стойко отражали врагов, которые уже хватались «за стену руками»; побили многих и «рук татарских бесчисленно обсекли». Другие русские отряды притворным отступлением заманивали татар под огонь замаскированных пушек. Вокруг гуляй-города росли груды татарских тел, кровь текла рекой.
В то время как гуляй-город изматывал основные силы орды, князь Воротынский с Большим полком, скрытно двигаясь по дну лощины, вышел в тыл ханскому войску. Дождавшись, когда татарский натиск стал ослабевать, Воротынский подал условный сигнал. Из гуляй-города раздался залповый огонь изо всех орудий и пищалей; вслед за тем князь Хворостинин со стрельцами и наемниками «вылез» из укреплений и атаковал татар. Одновременно с тыла на орду навалился Большой полк. «И сеча была велика…» Зажатые в клещи, татары были разбиты наголову. Потери орды были огромны; в бою были убиты все ближайшие родственники Девлет-Гирея — его сын, внук и зять.