Тем временем все пехотные тысячи ополчения были собраны в два места — на участки изначально занимавшиеся третьей — четвертой и седьмой — восьмой тысячами, а баталии амазонок сомкнулись в когорты растянув строй. Из десятирядного он должен был превратиться в шестирядный, но потери привели к тому, что полных рядов оказалось только четыре, а от пятого было меньше половины (из 1500 человек штатного состава когорты оставалось около 1100, уже вышли из строя более четверти амазонок). Понимая, что даже такая концентрация ополченцев (они снова стояли в 18 рядов) долго не продержится князь и Иван Вельяминов ввели в бой "профессиональные" тысячи. Это увеличило число войск на каждом из участков с 1800 до 2800 бойцов (потери среди ополчения были ужасны — за полтора часа из 9000 воинов первой линии хоть какую-то боеспособность сохранило только 3600).
Поскольку предпринятые шаги не привели к победе, Мамай снова изменил направление главного удара. На этот раз он попытался разгромить наиболее крупную часть русского войска (предположительно — самую слабую), а именно — центр их основной линии (большой полк). Послав отряды связать боем передовой полк и полки правой и левой руки, основную массу войск он бросил против русского центра. Само развертывание его войск было связано с немалыми трудностями и удалось далеко не сразу — Тэмучжин понял что за массы кавалерии движутся мимо него и попытался перехватить их. Это стоило ему трети из уцелевших, но он смог оттянуть на себя целый тумен (пусть и ненадолго). Сестрорецкий князь или не смог помешать выдвижению татар, или решил не рисковать — он ограничился приказом развернуть баллисты на 180 градусов.
Удар татар был страшен. Большой полк состоял практически из одних крестьян, вооруженных намного хуже чем даже языческое ополчение (у тех хотя бы щит был у каждого, а здесь — только первый ряд был полностью ими защищен, в глубине строя они встречались редко), из оружия у многих были только дубины или плотницкие топоры. Однако они в массе своей не побежали. Возможно сказалось то, что на их глазах уже более полутора часов в низине рубились язычники, возможно — моральный дух войска был просто настолько силен. Немногих побежавших остановили без проблем и снова погнали в бой. Тем не менее в бой пришлось вступить всем боярским и княжеским дружинам, тем более что не так много их и было, пришлось подтягивать с флангов городовые полки. Мамай продолжал наносить удары по русскому центру и против его отборных полков приходилось бросать лучшие русские части (лучшие из возможных). В бою с донским полком "сгорели" коломенский полк и дружина Серкиза. Только когда Андрей Полоцкий смог высвободить из боя и перебросить в центр дружину своего брата удар был отбит. В этом упорном бою были убиты Иван Квашня, Андрей Акинфов, Микула Вельяминов, Андрей Серкизов и многие другие (перечислены только великие московские бояре). От "дружеского огня" погиб Михаил Бренк, возглавивший одну из контратак и "поймавший" выстрел языческой баллисты (они все это время обстреливали татар атакующих большой полк, не очень разбирая где свои где чужие).