Пока собиралось войско в Москве, великий князь Дмитрий Иванович съездил в Троицу, к игумену Сергию Радонежскому, который занимал позицию решительной борьбы с Ордой.
Игумен благословил Дмитрия на битву и предсказал победу: «Погубишь супостатов своих, как должно твоему царству. Только мужайся и крепись!» Он послал с Дмитрием двух монахов-воинов, Александра Пересвета и Андрея Ослябя, которые раньше, до монашества, «известны были как великие наездники в ратные времена: Андрей сотню гнал, а Александр двести гнал, когда сражались». Александр Пересвет стал одним из главных героев Куликовской битвы.
Во время пребывания великого князя в Троице к нему 18 августа снова «пришли вестники от Климента, старого поляника, что приближаются татары». Нужно было возвращаться в Москву, чтобы возглавить войско.
Вечером 19 августа великий князь возвратился в Москву. На следующее утро был объявлен поход; Дмитрий «хотел уже поутру выйти против безбожных татар».
Русское войско выступило из Москвы утром 20 августа. Автор «Сказания о Мамаевом побоище» красочно и взволнованно описывает этот торжественный момент. «Князь великий Дмитрий Иванович сел на своего любимого коня, и все князья русские и воеводы сели на коней своих. Солнце ему на востоке сияет ясно, путь указывают его сродники, Борис и Глеб. Тогда точно соколы поднялись от золотых колодок, из града Москвы, возлетели под синие облака, возгремели своими золотыми колокольчиками, хотя напасть на многие стада лебединые. Это поднялись сыновья русские с государем, с великим князем Дмитрием Ивановичем, хотят ехать на силу татарскую».
Войско выходило из Москвы по нескольким дорогам: «…того ради не пошли одною дорогою, что невозможно было им вместиться». Конные и пешие рати потоками выливались из трех ворот Кремля — Спасских, Никольских и Константиново-Еленских. Брашевская дорога, по которой двигался со своими полками князь Владимир Андреевич, тянулась от Кремля вдоль берега Москвы-реки, мимо монастыря Николы на Угреше, через подмосковный стан Брашево. Поблизости от Боровских холмов, возле впадения в Москву-реку речки Пахры, там, где сейчас проходит Рязанское шоссе, находился тогда Брашевский, или Боровский, перевоз. По нему воины князя Владимира Андреевича переправились на другой берег Москвы-реки.
Болвановская дорога, по которой пошли со своим воинством белозерские князья, начиналась от современной Таганской площади: сто лет назад эта местность называлась Болванов-кой, и местная церковь была известна под названием «Николы на Болвановке». Болвановская дорога примерно совпадала с современным Рязанским шоссе и сходилась с Брашевской дорогой у перевоза через Москву-реку.
Сам Дмитрий Иванович под черным великокняжеским знаменем выступил из Москвы по Серпуховской дороге на село Котлы, расположенное у южной окраины Москвы.
Тысячи москвичей прощались со своими отцами, братьями, сыновьями, уходившими на смертный бой с ордынцами. Народ заполнил улицы и площади, взобрался на кремлевские стены и башни. Скрылись за поворотами дороги полки, и малолюдно стало в Москве. Для обороны столицы было оставлено резервное войско во главе с воеводой Федором Андреевичем Кошкой. Осталась в Москве под защитой каменных стен и великокняжеская семья.
К городу Коломне, месту сбора всех ратей, полки из Москвы пришли 24 августа, преодолев за три дневных перехода более 100 км. Такое быстрое движение свидетельствует о хорошей организации марша, высокой подвижности русской конницы и пеших ополчений.
Князья и воеводы, которые пришли в Коломну раньше, встретили великого князя за городом, на реке Северке (левый приток Москвы-реки). По просторному Девичьему полю Дмитрий Иванович в сопровождении князей и воевод проехал к городским воротам. На поле был назначен смотр всех собравшихся ратей.
Автор «Сказания о Мамаевом побоище» торжественно описывал: «В воскресенье после заутрени начали в ратные трубы трубить и в органы многие бить, знамена многие распростерты у сада Панфилова. Русские сыны заполнили поля коломенские, так что никому невозможно обозреть их очами от множества их войска. Князь же великий Дмитрий Иванович, выехав с братом своим с князем Владимиром Андреевичем, увидел множество собранного войска и возрадовался радостью великою». Летописец добавлял, что «от начала мира не бывала такова сила русских князей».