Губительная для русских осада тянулась двое суток, осажденные уже ели убитых лошадей. Спас армию Воротынского московский воевода князь Токмаков. Этот хитрец отправил Воротынскому «ложную грамоту», в которой сообщал, чтобы «сидели безстрашно», потому как Грозный уже ведет на подмогу собранную в Новгороде огромную рать. На деле, конечно, грамота адресовалась не Воротынскому, а татарам. План собянинского предшественника удался — московский гонец был схвачен, пытан и казнен, жизнью заплатив за дезинформацию. На следующий день после перехваченного письма татары решили не терять время и начали штурм.
Все наличные силы были брошены на штурм «гуляй-города». Привыкшим биться в пешем строю янычарам наконец-то удалось убедить хана отказаться от безумной тактики штурмовать укрепление конницей. После нескольких неудачных атак хан велел своим воинам спешиться и под предводительством янычар атаковать вагенбург в пешем строю. Этот последний натиск был страшен, татары и турки, выстлав склоны холма мертвыми телами, пробились к самым стенам импровизированной крепости. Они рубили стенки повозок саблями, пытались их опрокинуть: «и татаровя пришли к гуляю и изымались у города за стену руками и тут многих татар побили и руки поотсекли бесчисленно много».
И тут произошло событие, решившее исход этого судьбоносного сражения. Как выяснилось, Воротынский решил воспользоваться тем, что вся татарская армия сосредоточилась на одной стороне холма, и предпринял очень рискованный маневр. Он оставил руководить обороной «гуляй-города» Хворостинина, а сам с «большим полком», скрытно пройдя по дну лощины, вышел в тыл крымской орде. Две атаки последовали одновременно — как только Воротынский ударил с тыла, сразу же «из гуляя города князь Дмитрей Хворостинин с стрельцы и с немцы вышел» и атаковал со своей стороны. Попав «в клещи», войско Девлет-Гирея не выдержало, и побежало.
Оба отряда русских: и земца Воротынского, и опричника Хворостинина, ринулись следом — добивать.
Это был даже не разгром — резня. Татар гнали до Оки, а так как абсолютному большинству крымчан пришлось убегать пешими, потери были огромными. В битве при Молодях погибли почти все янычары, войско хана недосчиталось большинства мурз, зарублены были сыновья второго лица в ханстве — калги. Наконец, на Молодях легли в землю сын, внук и зять самого Девлет-Гирея, «а многих мурз и тотар живых поймали». В Крым вернулось не более 15 тысяч из 40-ка. Крымское ханство было обескровлено на многие десятилетия вперед.
Победителей встречала как героев вся русская земля, а вернувшийся в Москву к концу августа царь объявил об отмене опричнины. Россия спаслась. Спаслась чудом.