Ко времени разгрома орденского резерва было покончено и с рыцарями, окруженными под Ульново. Бой медленно затухал, сдвигаясь к орденскому лагерю. Наступила шестая фаза битвы. Часть тевтонских конников, вырвавшихся из окружения, укрылась в обозе между Стембарком и Грюнвальдом, намереваясь там под защитой конных повозок организовать оборону с использованием артиллерии и пехоты. Часть обращенных в бегство конников преследовала легкая татарская и литовско-русская конница. Попытка обороны тевтонского лагеря оказалась неудачной, пехотные отряды союзников, то есть вооруженные крестьяне, пошли на штурм, завершившийся сокрушительным поражением тевтонцев. Битва закончилась вечером полным триумфом польской и литовско-русской армии. Погибло более 16 тысяч крестоносцев, а около 10 тысяч попало в плен. Среди погибших оказалось 600 перевязанных (посвященных) рыцарей, включая 205 орденских братьев. Со времен Ледового побоища 1242 года на Чудском озере Орден не переживал подобных поражений. Слава о его непобедимости раз и навсегда померкла. Точных данных о потерях союзников нет, но надо полагать, что они тоже были немалыми, поскольку сражение было упорным и долго проистекало с переменным успехом. Самые значительные потери понесли литовско-русские отряды, особенно в начале сражения.
Как бы то ни было, развивая успех, основные силы союзников сумели выступить в направлении Мариенбурга лишь спустя три дня и подошли к нему 25 июля (легковооруженные отряды союзной конницы появились под стенами орденской столицы еще 22 июля). Мариенбург был одной из самых неприступных крепостей в Европе и располагал неограниченными запасами продовольствия. Стенобитные орудия Средневековья не могли разрушить его стен, а артиллерия тогда еще не достигла необходимой мощности. Взять город-крепость с ходу не получилось. Остатки рыцарского войска и гарнизон под командованием светского командора Генриха фон Плауэна, вовремя ушедшего с Грюнвальдского поля, успели подготовиться к обороне Мариенбурга уже 18 июля.
Семинедельная осада города-крепости ни к чему ни привела. Ягайло распространил свою власть на все владения Ордена и в феврале 1411 года заключил Торуньский мирный договор с крестоносцами. По нему к ВКЛ отошла Жемайтия, а к Польскому королевству Добжинская земля. Орден выплатил значительную контрибуцию, а союзники вновь получили прямой выход к Балтийскому морю, что было очень важно для развития их экономики и торговых связей. Причиной столь сравнительно скромных для союзников конечных результатов Грюнвальдской победы стало то, что ни Священная Римская империя германской нации, ни венгерский, ни чешский короли не желали полного уничтожения Ордена, а вместе с этим резкого усиления Польского королевства и Великого княжества Литовского в Европе. Одновременно у Ягайло и Витовта оставались свои виды на Ливонский орден как на угрозу несговорчивым Пскову и Новгороду Великому.
Тем не менее поражение в Грюнвальдской битве положило конец орденским захватам в Прибалтике. Тевтонский орден стал приходить в упадок, а Ливонский орден перестал быть значимой силой в восточноевропейской политике. Война продолжалась еще несколько десятилетий, но тевтонцы уже не смогли подняться из пепла и постепенно попали в зависимость к полякам — в середине XV века Польша снискала себе союзника в лице прусских сословий, которые в 1454 году сдались ей на милость. По Торуньскому мирному договору 1466 года Польша закрепила свою власть на нижней Висле (в Королевской Пруссии), а остальные земли Пруссии вместе с городом Кенигсбергом перешли под косвенную, ленную зависимость от Польского королевства. Лишь несколько столетий спустя здесь образовалось Прусское независимое королевство, которое в союзе с Россией и Австро-Венгрией вскоре лишило Польшу государственности, а позднее создало Германскую империю, дважды ввергнувшую планету в пучину мировых войн. Такой в исторической перспективе была плата за промедление с наступлением войск Ягайло и Витовта на Мариенбург (скорее всего, вынужденным) и неудачную его осаду.
