Сведений об армии, собранной Мамаем, крайне мало. Известно, что в его войско, кроме собственно воинов Золотой Орды, входили камские булгары, крымские армяне, черкесы, ясы, буртасы. Согласно «Задонщине», под знамёна Мамая встали девять орд и семьдесят князей.
Судя по источникам, некоторый воинский контингент выставили итальянцы, имевшие в Крыму торговые фактории (обычно речь идёт о генуэзцах), однако по поводу присутствия на Куликовом поле европейских солдат есть немалые сомнения. В армии было много наёмников, набранных в Поволжье, в Крыму и на Северном Кавказе. Видимо, значительную роль в мамаевом войске играли и отряды Арапши, полководца Тохтамыша, перешедшие в 1376 году на сторону Мамая. Точных сведений о численности армии Мамая нет, однако можно предположить, что его силы были немногим больше, чем у Дмитрия Московского. То есть около 40 тысяч воинов, не считая людей сопровождавших армию.
Войско союзника Мамая, литовского князя Ягайло Ольгердовича было значительно меньше, и вряд ли превышало 6—7 тысяч человек.
Войско Олега Ивановича, князя Рязани, изъявившего Мамаю покорность, во всем было схожим с войсками других русских княжеств, а по численности вряд ли превышало 3—5 тысяч человек, почему Дмитрий так легко смог пройти через его удел.
Ордынская армия, была исключительно хорошо организована и снаряжена. Как и всякое войско, построенное по принципам военного искусства монголов, это была конная армия, и пехота могла быть разве что у союзников Мамая.
Основу армии составляла тяжёлая конница, наносившая решающий удар, формировавшаяся из племенной знати, а ядром тяжёлой конницы была личная гвардия хана.