В заболоченных и поросших лесами русских землях преимущественно конной монголо-татарской армии пришлось вести военные действия в непривычных для нее условиях. Начиная с 1277 года, русские войска принимали участие в ряде походов армии Золотой Орды против литовцев, поляков и народов Кавказа. Из этого можно сделать вывод, что русские воины в тот период имели значительный опыт совместных военных действий с ордынцами.
Многие из методов ведения боя и использования различного вооружения, судя по всему, стали следствием участия именно в таких походах Прежде всего это касалось использования конных лучников. Упоминания о военных новинках в «русском аиле», обнаруженные в хрониках Тевтонского ордена XIV века, позволяют сделать вывод, что дружины русских княжеств выработали собственную тактику боевых действий, которая заметно отличалась от той, которую практиковали их западные соседи. Сохранившиеся образцы русского вооружения и описания русской тактики говорят о том, что монгольское влияние было незначительным. Кроме нескольких заимствованных у ордынцев новшеств русская армия, видимо, все же осталась по существу европейской. Во время Куликовской битвы русское войско включало в себя контингенты примерно из 20 различных княжеств и богатых городов, во главе большинства которых стоял либо князь, либо знатный боярин (дворянин). Также русская армия не была настолько сильно социально разобщена, как современные ей европейские армии. В нее входило много простых сельских жителей, сражавшихся в составе конницы, а также городских дворян, шедших в бой вместе с пехотой.
Русская конница использовала преимущественно оружие и доспехи европейского типа. Хотя для стрельбы с седла продолжали применяться луки, ко времени Куликовской битвы отряды конных лучников перестали играть существенную роль в тактике русских войск. Дошедшие до настоящего времени источники сообщают, что большая часть русских всадников была вооружена длинными копьями, которые они использовали на начальной стадии атаки, после чего переходили на мечи, когда завязывалась рукопашная схватка. Русские мечи, ковавшиеся местными оружейниками, были идентичны тем, что в тот период использовались в Европе. В то же время существовали и некоторые местные модификации традиционного европейского холодного оружия, например, более легкая версия обычного однолезвийного одноручного меча. Кроме того, конные воины использовали булавы и метательные копья-сулицы, которые также могли применяться и пешими бойцами. Легковооруженные всадники могли метать их в противника, не вступая с ним в непосредственный контакт. На некоторых иллюстрациях в летописях XIV века изображены русские всадники, облаченные в пластинчатые доспехи, однако кроме нескольких неопределенных упоминаний никаких сведений о пластинчатых доспехах в летописях нет. Возможно, кто-то из князей действительно обладал подобными дорогими доспехами, однако большая часть всадников все же продолжала носить чешуйчатые доспехи (то есть изготовлявшиеся из небольших перекрывающих друг друга пластин — «чешуек») и кольчуги.
Золотая Орда оставила очень мало письменных источников, поэтому историки, несмотря на всю важность этой проблемы, не располагают достаточным количеством информации, чтобы создать полную картину жизни в Орде. До настоящего времени не дошли точные описания ордынских вооруженных сил. Почти все, что исследователям известно об Орде, они почерпнули из русских источников, таких как, например, «Задонщина», в которых действия противника описываются крайне скупо, а о его планах не говорится вообще ничего. Эта особенность наиболее ярко проявляется в отношении армии Мамая, которая не была традиционным войском Чингизидов, и, скорее всего, очень сильно отличалась от тех армий, которые разоряли Русь и Восточную Европу столетием ранее. Лишь одно можно утверждать со стопроцентной уверенностью — особенности местности, на которой происходила битва, поставили Мамая в очень невыгодное положение. Для его войска Куликово поле было слишком мало. Кроме того, армия Орды состояла в основном из конных воинов, которые привыкли действовать на открытых пространствах юга. На поле, ограниченном реками, заболоченной местностью и густыми лесами, монголам не оставалось ничего другого, кроме как атаковать передовые части русской рати. В состав монголо-татарского войска на Куликовом поле входила небольшая группа генуэзских наемников, вероятно, набранных из жителей генуэзских торговых колоний в Крыму. В то время генуэзцы были известны по всей Европе как великолепные арбалетчики, и, таким образом, представляется вероятным, что именно в этом качестве они сражались в Куликовской битве.
Традиционно главным оружием для монголо-татарских воинов являлся лук. Луки, как правило, изготавливались из рога яка, бамбука и сухожилий, причем особенности этих материалов стремились использовать максимально эффективно. Монгольские всадники обучались стрельбе из таких луков с детства, и о точности их стрельбы — даже когда они выпускали стрелы со скачущей лошади — складывались легенды. Воины обычно использовали два типа стрел: легкие стрелы с узкими наконечниками применялись для стрельбы на дальние расстояния, а тяжелые стрелы с широкими листовидными наконечниками предназначались для стрельбы с короткой дистанции. Защиту от вражеских лучников обеспечивали небольшой щит и толстый стеганый халат, хотя лучшей защитой монгольского всадника от стрел были его скорость и подвижность. Помимо лука большинство всадников также имело при себе изогнутую саблю, которая использовалась в ближнем бою. В русских летописях, содержащих описания сражения, также упоминаются тяжеловооруженные монгольские всадники, применявшие копья и действовавшие наподобие европейских рыцарей. Наличие таких войск представляется вполне вероятным, поскольку монголотатарские армии в течение длительного времени включали в себя по крайней мере некоторое количество тяжеловооруженных всадников. Могло иметь место следующее явление — так же, как Русь переняла некоторые монгольские новшества, какие-то элементы европейской военной традиции были восприняты Ордой.
Эти тяжелые всадники носили чешуйчатую броню поверх своих стеганых халатов. В качестве еще одной дополнительной защиты многие всадники носили под халатами плотные шелковые рубашки. Они позволяли, в случае если стрела все же пробивала верхние слои защиты и наносила ранение всаднику, легко удалять наконечник из раны. Следует отметить, что войско, которое Мамай вел на Русь в 1380 году, было, по мнению большинства исследователей, лишь слабым подобием монголо-татарской орды предыдущих лет. Его вооружение было изношено, а воины — либо слишком старыми, либо слишком молодыми. Годы постоянных войн и болезни нанесли тяжелый удар по Золотой Орде.