Тем временем Мамай собирал силы для нового похода на Москву. По свидетельствам русских летописцев, численность монголо-татарского войска в 1380 году составила порядка 120 000 воинов, а русские войска насчитывали 100 000 конных воинов. Конечно, этим цифрам нельзя доверять. Сегодня уже хорошо известно, что Белая Орда (западная часть), находившаяся в 1380 году под властью Мамая при ханстве Арапши, насчитывала в своем распоряжении порядка 9 туменов, при этом основную ее часть Мамай был вынужден задействовать во внутренней борьбе с чингизидом Тохтамышем за удержание престола. Еще в 1377 году Тохтамыш, поддерживаемый Тамерланом, повел борьбу за престол и, овладев восточной Ордой (Синей Ордой), в 1380 году вторгся в ее западную часть – Белую Орду, подконтрольную Мамаю. Таким образом, Мамаю пришлось вести войну на два фронта – кинув часть войск на борьбу с Тохтамышем, Мамай возглавил давно запланированный и тщательно подготовленный поход на Москву, что стало его роковой ошибкой. Не обладавший серьезными силами для битвы с князем Дмитрием, Мамай вынужден был пойти на союз с литовским князем Ягайло Ольгердовичем. В том же году рязанский князь Олег, вероятно, чтобы уберечь свое княжество от разгрома монголо-татарами, признал зависимость от Мамая и, став его подданным, получил информацию о предстоящем походе на Москву, о чем и предупредил князя Дмитрия. Узнав о том, что Мамай вновь собирает силы, Дмитрий Иванович заключил союз с Дмитрием Ольгердовичем, сводным братом Ягайло от первого брака Ольгерда с Анной. Союз с литовским князем был для Дмитрия вынужденной мерой, в первую очередь эта мера была вызвана большими потерями, понесенными в походах последних лет против Орды. Князь Дмитрий прекрасно понимал, что, даже объединившись с князьями других русских княжеств в борьбе против Мамая, он вряд ли сможет собрать войско, по численности превосходящее войско Мамая, постоянно пополняемое за счет наемников из вассальных стран. В то время как численность населения русского княжества в XIII–XIV веках составляла всего от 5000 до 12 000 человек с учетом женщин, детей и стариков, княжеская дружина в самом крупном княжестве не превышала 400 человек. По данным историка М. Н. Тихомирова, объединенные русские княжества на тот период времени могли выставлять от 3000 до 15 000 воинов – не более. Небольшим, по нашим меркам, было и само население русских средневековых городов – от 1000 человек в малых городах до 10 000 в крупных. В то время как Великая Монгольская империя, к началу XIII века уже завоевавшая Северный Китай, Среднюю Азию, Ближний Восток, Южную Сибирь, Закавказье и часть Индии, располагала войском в 120 000–150 000 хорошо вооруженных конных воинов. Однако к концу XIV века в период «большой замятни» расколовшаяся в междоусобной войне империя уже не обладала таким войском, при этом Мамай все же мог выставить войско порядка 7000 конных всадников.
«Владислав Ягайло». Художник Марсело Баччиарелли
Летом 1380 года Дмитрий Иванович стал собирать союзные войска для решающей битвы с Мамаем. Сбор всех войск Дмитрием была назначена Коломна. Сам великий князь привел в Коломну московские войска, его двоюродный брат Владимир Андреевич – серпуховские, встали под знамена московского князя войска белозёрских, ярославских, ростовских, суздальских и смоленских князей. Здесь же был сформирован и боевой порядок – князь Дмитрий Иванович возглавил главный (большой) полк, составляющий основные силы войска, Владимир Андреевич Серпуховской возглавил полк правой руки, который в битве выполнил роль засадного полка, а полк левой руки был вверен Глебу Брянскому, передовой полк составили коломенцы. На пути к Дону, в урочище Березуй, к русскому войску присоединились полки литовских князей Ольгердовичей – Андрея, наместника князя Дмитрия Ивановича в Пскове, и Дмитрия, наместника московского князя в Переяславле-Залесском. Предполагая, что Мамай может объединиться с войсками литовского князя Ягайло, князь Дмитрий примерно 7 сентября 1380 года переправился на правый берег Дона и расположился недалеко от устья реки Непрядвы, тем самым вынудив Мамая вступить в бой, не дожидаясь поддержки от Ягайло.
На месте будущей битвы Дмитрий расположил свои войска следующим образом – впереди стоял сторожевой полк, за ним располагался передовой полк, а за ним уже большой пеший полк под командованием самого Дмитрия Ивановича. Фланги заняли полки левой и правой руки. В тылу был оставлен резервный полк. За левым флангом расположился засадный полк, которым командовали двоюродный брат Дмитрия Ивановича Владимир Андреевич Серпуховской и воевода Дмитрий Боброк-Волынский.
Перед сражением князь Дмитрий неоднократно объезжал свои войска, поднимая боевой дух воинов.
