Русские ждали удара со стороны Дорогомиловской ямской слободы, где начиналась большая смоленская дорога. На самом опасном направлении Пожарский и расположил свой полк. Справа от него стояли отряды князя Лопаты и воеводы Дмитриева. Слева, в Чертолье, занял позиции отряд Василия Туренина. Его подкрепил Артемий Измайлов, прибывший в Москву с владимирским ополчением. Близилось решающее столкновение. От исхода его зависело будущее России. Среди населения столицы и в ратных людях зрела отчаянная решимость бороться до конца.

Гетман Ходкевич учел опыт предыдущих боев и постарался укрепить свою армию пехотой. Король Сигизмунд прислал ему в подкрепление полторы тысячи солдат. В наступлении приняли участие около восьми тысяч запорожских казаков. Их возглавляли атаманы Заборовский, Наливайко и Ширай. Ходкевич поддерживал постоянную связь с командирами осажденного гарнизона. В решающий момент они должны были нанести русским удар с тыла.

С Трубецким в таборах осталось не более трех-четырех тысяч ратников и казаков. Нет никаких точных данных насчет численности ярославской рати. Судя по тому, что передовые силы Пожарского не превышали тысячи человек, армия в целом насчитывала едва ли более десяти тысяч воинов. Боевое ядро рати составляла дворянская конница, пешие стрельцы и казаки. К ним присоединилось множество кое-как вооруженных людей. Осажденная в Кремле шляхта с насмешкой советовала Пожарскому распустить к сохам своих ратников. В ополчении под Москвой в самом деле было много крестьян и горожан, никогда прежде не державших в руках оружия. По феодальным меркам им не было места в армии. Но война в России приобрела народный характер. Ополченцев воодушевляло сознание высокой патриотической миссии. Они сражались за родную землю.

Когда наступила ночь, Поклонная гора засветилась огнями множества костров. Воинство Ходкевича отдыхало после марша и готовилось к битве. С Поклонной гетман мог нанести удар по кратчайшему направлению на позиции Пожарского либо повернуть к Донскому монастырю и прорваться в Кремль через Замоскворечье.

Полк Трубецкого расположился в районе Крымского двора, выдвинув дозоры к Донскому монастырю. Пожарский направил свои разъезды к Новодевичьему монастырю. Опасаясь, что казаки не выдержат удара «литвы», он переправил на правый берег Москвы-реки в помощь им пять отборных дворянских сотен.

Поутру 22 августа конница Ходкевича переправилась через реку под Новодевичьим монастырем. Всадники шли ряд за рядом. В лучах восходящего солнца сверкали чешуйчатые доспехи рыцарей, ветер развевал перья на стальных шлемах.

Пожарский атаковал первым. Его конница несколько раз устремлялась на врага. Стычки на поле под Новодевичьим монастырем продолжались долго. Чтобы помочь коннице, гетман ввел в дело пехоту. Не выдержав натиска, дворянские сотни отступили к острожку. Сожженные городские кварталы мало подходили для действия конных масс, и Пожарский приказал дворянам сойти с коней и биться в пешем строю.

После полудня Ходкевич ввел в бой все свои силы, пытаясь прорвать русскую оборону в районе Тверских — ворот и на Арбате. Стрельцы, засевшие во рву и на стенах Каменного города, вели убийственный огонь по наступавшим. Те понесли тяжелые потери и прекратили атаки.

Бой вступил в критическую фазу, когда Струсь предпринял вылазку и ударил в тыл ополчению у Алексеевской башни и Чертольских ворот. Пожарский давно ждал этого удара и для отражения его держал большое число стрельцов на внутреннем кольце обороны. Они не участвовали в бою с солдатами Ходкевича и, зная, как трудно приходится их товарищам, давно проявляли нетерпение. Деморализованные осадой и голодом, гарнизонные роты дрались вяло и бежали в крепость под ударами русских. Неудачной для поляков оказалась вылазка из Водяных ворот вдоль берега Москвы-реки. С утра артиллерия из Кремля принялась бомбардировать позиции Пожарского с тыла. Когда началась рукопашная схватка, польские пушкари прекратили обстрел, опасаясь поразить своих. Во время вылазки гарнизон понес неслыханные потери. «В то время, — писал полковник Будила, — несчастные осажденные понесли такой урон, как никогда». В бою воины Пожарского захватили несколько вражеских знамен.

Почти семь часов продолжалось сражение у самых стен Кремля. Тем временем Трубецкой стоял на отведенных ему позициях в полном бездействии. С бегством Заруцкого таборы лишились способного военного руководителя.

Ходкевичу удалось прижать к берегу Москвы-реки часть войска Пожарского. Отрезанные от своих, ратники пытались спастись, переплыв реку. Те, кому удалось перебраться на другой берег, имели жалкий вид. Многие остались без оружия. Появление беглецов вызвало растерянность в ставке Трубецкого.

Командиры сотен, присланных в Замоскворечье Пожарским, настаивали на том, чтобы оказать немедленную помощь изнемогавшему в борьбе ополчению. Но Трубецкой отклонил их требования. Не отличаясь храбростью, боярин думал исключительно о том, как бы уберечь от поражения свое войско. Дворянские сотни, однако, отказались подчиниться приказу струсившего воеводы. Они в полном порядке снялись с места и ушли к переправе.

Среди казаков поднялся шум. Некоторые атаманы поддержали решение Трубецкого. Их не очень беспокоила возможность поражения ярославской рати. «Богати пришли из Ярославля, — кричали они, — и сами одни отстоятся от етамана!» Несмотря на их поддержку, Трубецкому не удалось удержать в повиновении казацкую массу. Филат Межаков и трое других атаманов обратились к товарищам с призывом. «Из-за нелюбви к Пожарскому, — говорили они, — боярин причинит пагубу Московскому государству». Не обращая внимания на приказ Трубецкого, четыре казачьи сотни покинули Крымский двор и переправились за Москву-реку вслед за дворянскими сотнями. Появление свежих сил численностью около тысячи человек решило исход битвы. Подвергшись внезапному удару с фланга, Ходкевич прекратил атаку и поспешил вывести из боя свои силы.

Пожарский использовал передышку, чтобы подкрепить свои потрепанные отряды. Едва занялась заря, как земские люди принялись расчищать поле боя и хоронить убитых. Потери с обеих сторон были огромные.

Между тем Ходкевич отступил за Новодевичий монастырь и разбил там лагерь. В трудную минуту ему на помощь пришла московская Семибоярщина и ее приспешники. В ставку к гетману явился дворянин Григорий Орлов, который взялся провести польский отряд в Кремль. Под покровом ночи пятьдесят гайдуков вышли из лагеря и, стараясь не производить шума, двинулись цепочкой вдоль берега Москвы-реки к центру Москвы. Враги благополучно миновали обгоревшие стены Деревянного города и, обойдя места, где располагались казачьи караулы, прошли в глубь Замоскворечья к Егорьевской церкви неподалеку от «живого моста». Перед рассветом гайдуки, получив поддержку из крепости, с нескольких сторон атаковали стоявший на их пути казачий острожек. Застигнутые врасплох казаки не смогли отбиться от неприятеля.

Трубецкой не придал должного значения известию о появлении польской пехоты в его тылу и не пытался вернуть острожек. Его беспечность ободрила гетмана. 23 августа Ходкевич перенес свой лагерь к Донскому монастырю и стал готовиться к тому, чтобы нанести удар по Замоскворечью. После кровопролитной битвы солдаты нуждались в отдыхе, и Ходкевич потерял целый день, приводя свою расстроенную армию в порядок.

В Замоскворечье русские располагали более слабыми позициями, чем в западных кварталах столицы. Стены Деревянного города сгорели до основания. Сохранился невысокий вал и ров, которые и составляли главную линию обороны. За Серпуховскими воротами, посредине Большой Ордынки, стоял укрепленный казачий острожек. Воздвигнутый на пожарище, он занимал обширное пространство от Ордынки до церкви Святого Климента на Пятницкой. Укрепления были построены так, что полностью закрывали главную магистраль Замоскворечья, которая вела от Серпуховских ворот к Каменному городу. Второй острожек, прикрывавший позиции казаков со стороны Кремля, попал в руки поляков.