1395年4月，帖木兒7萬大軍抵達捷列克河南岸，金帳汗國軍隊在河北岸列陣，全力堵住了河上的主要渡口。
帖木兒決定先迷惑敵人，他數次拔營移動軍隊，金帳汗國軍隊在對岸也隨着帖木兒移動。
三天之後，帖木兒下令營中的隨軍婦女和後勤人員換上士兵服飾，繼續帶領敵人旅行。
主力部隊則在夜裏偷偷移動到下一個渡口，順利渡過了捷列克河。
發現上當的脱脱迷失，也隨即移動軍隊，並派出更多輕騎兵騷擾帖木兒。
但是帖木兒依然不為所動，下令全軍構築營地。
營地設兩道壕溝，鋪設大量木板，主要用於給輕騎兵設置障礙。
任何企圖靠近偷襲的金帳汗國輕騎兵，都會在濠溝前遭到守軍的弓弩齊射。
脱脱迷失見勢頭不對，又開始撤退。
帖木兒立刻派出兩個軍團出擊，迫使金帳軍掉頭，與自己決戰。
決戰開始
1395年4月15日，脱脱迷失終於決定與帖木兒決一死戰。
金軍背靠捷列克河河岸展開，形成一道長達5公里的陣線。
帖木兒軍的7個軍團按照常規列陣。
最前線中路：
蘇萊曼指揮第一軍團，主要由來自河中的騎兵組成
身後是第二軍團，包括了大量的步兵。
右翼：
帖木兒之子-米蘭沙指揮第三軍團，主要是蒙古，突厥騎兵，他們大多來自河中外圍和費爾干納。
擔任外側掩護的是賽法丁指揮的第四軍團，全部來自於兩河流域的阿拉伯步兵。
左翼：
帖木兒之子-奧馬爾指揮第五軍團，成員主要是花剌子模騎兵。
擔任外側掩護的是第六軍團，主要由呼羅珊地區的步兵組成。
最後方的總預備隊：
總預備隊：
帖木兒本人指揮一支有27個百人隊組成的總預備隊，成員為貴族子弟及各地招募，僱傭的精鋭。
脱脱迷失的金軍，在保持原有部署不變的原則下，也做了部分改良。
中央陣線：
由僕從國軍組成，包括羅斯諸國的步兵和騎兵。
其中最精鋭的是；來自卡法和亞速兩地的意大利僱傭軍，來自歐洲的精鋭弩手，來自希臘的重步兵。
金軍左翼：
由來自哈薩克的蒙古系騎兵組成。
金軍右翼：
由來自保加爾，科薩等突厥騎兵組成。
脱脱迷失率領自己的可汗親衞隊擔任全軍總預備隊。
戰鬥由金軍首先打響，他們從兩翼向帖木兒進攻，他們的計劃是；將對手的騎兵從步兵保護下調出來。
帖木兒第三軍團首戰迎敵，與金軍中的來自哈薩克的蒙古騎兵打的難分難解。
擔任指揮的米蘭沙王子也在激戰中落馬，身負重傷。
來自費爾干納的騎兵見狀立即組織後撤進行了重組，而金軍的追兵則陷入弓騎兵與阿拉伯步兵的複合弓交叉火力之中。
帖木兒第五軍團遭到了大麻煩，他們在正面被金軍中的突厥人牽制，側翼又被對手迂迴。來自保加爾的突厥騎兵戰力強大，帖木兒第五軍團很快就抵擋不住，面臨崩潰。
看到自己左翼部隊即將崩潰，帖木兒下令出動預備隊助戰。
帖木兒的精鋭預備隊急速衝鋒，瞬間逼退了正在圍攻呼羅珊步兵的金軍突厥騎兵。
預備隊打的順手，很快就尾隨撤退的金軍追擊下去。很快，他們就來到金軍的陣線附近，但是遭到了脱脱迷失派來的可汗衞隊的攻擊。
帖木兒的預備隊不敵可汗衞隊，倉皇逃亡本陣。金軍則緊追不捨，再次對帖木兒大軍左翼形成了大範圍的側擊。
帖木兒本人也被迫投入肉搏戰之中，在危急時刻，他的貼身衞隊50名騎兵趕來將他救走。
帖木兒軍整個左翼已經完全被金軍右路軍壓制。他們進入呼羅珊步兵的車營+壕溝陣地，開始用弓箭射擊金軍。
帖木兒軍的右翼也面臨着同樣的情況。哈薩克蒙古騎兵不斷從側翼突破，環繞阿拉伯步兵進行環攻。
但阿拉伯人在重步兵的保護下，努力維持陣線的完整。弓箭手不斷射擊，希望能將蒙古騎兵的火力壓制下去。
在不斷地消耗戰中，哈薩克蒙古騎兵很快就呈現疲態，米蘭沙麾下重騎兵趁機發動反撲，終於金軍哈薩克蒙古騎兵開始撤退。
中路戰況
金軍步兵，成功地擋住了河中騎兵的攻擊，脱脱迷失命令羅斯諸國貴族親衞隊發動反攻。他們在帖木兒軍構築的壕溝前受阻，並遭遇到兩翼的帖木兒騎兵的夾擊，羅斯人很快敗退下來。
帖木兒的河中軍趁機逼近對手，但在嚴密的盾牆前受阻。
而金軍中的意大利僱傭兵和羅斯步兵則表現出色，他們慢慢將陣線推進到了帖木兒軍陣前。使用重型戰斧和戟的披甲武士，開始破壞木板工事，以期為後面的同伴殺出一條血路。
帖木兒的河中軍則一面用長矛和大刀抵禦，一面依靠迂迴的騎兵衝擊敵人，減緩對方的攻擊力度。
金軍右翼的突然撤退
就在金軍即將全勝的時刻，金軍右翼科薩與保加爾突厥的兩位指揮官因為久攻不克而產生爭吵，他們憤而率領所部撤出戰場。
金軍戰場優勢頓時逆轉，而帖木兒軍第三軍團抓住時機，立刻向金軍中路軍猛攻，脱脱迷失此時手中的預備隊已經全部投放在戰場上，已經沒有預備隊可調遣。
脱脱迷失本部也遭遇到越來越多的追兵攻擊，眼看戰場形勢逆轉，勝利已然無望，脱脱迷失丟下還在苦戰的軍隊，帶領少數隨從逃離戰場。
可汗的逃離，對正在苦戰的士兵打擊是巨大的，瞬間，金軍開始了大潰退。
金軍各部之間已經不再有協調和聯繫，只能在各分部軍官的帶領下四散奔逃。
由於戰鬥中的巨大傷亡和金軍遺留在營中的大量財寶，帖木兒軍停止了追擊，開始在金軍營中大肆搶奪金銀財寶和戰利品。
帖木兒整頓了全軍秩序，留下受傷的米蘭沙王子斷後，抽調精鋭的騎兵開始追擊脱脱迷失。
但是脱脱迷失發揮了自己的逃跑特長，一頭扎進附近的叢林，向伏爾加河流域逃去。
捷列克河之戰，徹底瓦解了金軍的主力。
帖木兒軍繼續北上，攻克了金帳汗國的首都-別爾哥薩萊，帖木兒下令將這座大城摧毀。
帖木兒迅速在當地扶植了一位傀儡，將戰俘交給他組織成軍隊。然後大軍浩浩蕩蕩南下，回師河中。
這個傀儡不久就暴亡。
金帳汗國僅此一戰，再無翻身的機會，在此後百餘年裏，他們失去了大部分領地，並出現了嚴重的內訌和分裂。
最大的受益者則是當時的羅斯諸國。