Прошло несколько дней, и разведчики Баязида не обнаружили никаких следов татар. Наконец, пришла весть, что Тимур обошел турок стороной, окружил турецкие войска и шел на них с тыла. Из Сиваса, избегая неудобной холмистой местности, лежащей к западу, он направился к югу по долине реки Кайсери, по дороге убирая для своих войск урожай зерна. Затем он повернул к северу, к точке, определяемой стенами Ангоры, и турки оказались теперь к востоку от него. В это время Баязид, явно бравируя перед лицом врага, быстроту которого он сравнивал с быстротой ползущей змеи, с презрением отверг все меры предосторожности, послав свои войска на большую охоту ради развлечения.
Окружающая местность была практически безводной, и воины тысячами умирали от жажды и переутомления. Между тем Тимур, проведя рекогносцировку вокруг Ангоры, вышел на прежний, ныне брошенный базовый лагерь Баязида. Здесь, разграбив оставленное имущество и заняв оставленные турками шатры, армия татар устроила свой штаб, сначала перегородив плотиной и отведя на свои нужды воду речки, текшей к Ангоре. Тимур также приказал разрушить и отравить родник на пути турок, шедших сейчас с востока в погоне за ним. Здесь он подготовился к тому, чтобы дать бой. Вот теперь оказалось, что Баязид с уставшей и измученной жаждой армией за его плечами вынужден был встретиться с врагом, укрепившимся перед его собственным городом Ангорой, на той самой позиции, на которой следовало бы стоять ему самому и встречать врага. Сражение завязалось на обширной равнине, расстилавшейся сразу от городских стен, на поле боя, уже известном в истории.
Левым флангом армии Баязида, составленным из анатолийских частей, известных своей лояльностью, командовал его старший сын Сулейман; арьергардом – его следующий и самый любимый сын Мехмед; правый фланг, составленный из сербов и других лояльных европейских контингентов, возглавил его шурин серб Стефан Лазаревич. Сам Баязид занял позицию в центре, с янычарами, расположившимися вокруг него. Но, составляя план построения войск, он, ослепленный собственной гордыней, допустил последнюю, решающую ошибку. Следуя привычному тактическому принципу использования менее опытных воинов, принимающих на себя первый удар вражеской атаки, Баязид поставил кавалерию своих анатолийских татар в первую линию. Битва едва началась, когда те дезертировали и перешли к Тимуру, что вполне можно было предвидеть в отношении войск, мобилизованных для того, чтобы сражаться против собственных братьев по крови. Султан, таким образом, в мгновение ока потерял одну четвертую всех своих сил.