Василий II вместе с князьями Иваном Андреевичем Верейским, Василием Ярославичем и другими воеводами 6 июля 1445 г. вышли к р. Калинке и остановились у Спасо-Евфимиева монастыря, в непосредственной близости от Суздаля. Во время проведенного смотра численность воинов составила 1 тысячу человек, что было явно недостаточно для боя. Ожидалось прибытие подкрепления. В тот же день поступило ложное известие о приближении татар. Когда ситуация прояснилась, последовал отбой, и, как отмечают многие летописи, вечером этого дня у великого князя был устроен пир: он «ужинал у себя со всею братьею из бояры, и пиша долго нощи». На следующий день воеводы и сам Василий II проснулись поздно, когда солнце уже взошло. С трудом отстояв заутреннюю службу, великий князь решил «еще поопочинути», но в тот момент пришло сообщение, что татары переходят бродами р. Нерль. Василий II разослал всем воеводам приказ о выступлении и сам пошел навстречу татарам. Расстановка сил была не в пользу московского князя. К началу сражения не успел подойти татарский царевич Бердедат с войском, находившийся в Юрьеве-Польском, и некоторые русские князья. Князь Дмитрий Шемяка не откликнулся на 14 обращений великого князя и не прислал свою дружину. Итоговое соотношение сил было следующим – у царевичей 3,5 тысячи воинов, у великого князя – 1,5 тысячи.

Начало сражения складывалось для московитов благоприятно, они выдержали атаку татарской конницы. Не добившись успеха, татары применили традиционный для степняков прием – имитацию бегства. Это оказалось роковым для русского войска, которое попало в ловушку. Суздальская битва свелась к сражениям отдельных полков. Отряды царевичей обрушились на расстроенные ряды противника, собрать которые и организовать должный отпор великому князю не удалось. В битве с сыновьями Улуг-Мухаммеда русское войско было полностью разгромлено, а сам Василий II, князь Михаил Андреевич Верейский и множество других князей, бояр и детей боярских попали в татарский плен. Все они были отвезены в Нижний Новгород к Улуг-Мухаммеду. Это был единственный случай в истории России, когда верховный правитель оказался в плену. Сам Василий II, по данным летописцев, мужественно сражался, возглавляя передовой отряд и преследуя противника. Князь был ранен в голову и получил многочисленные телесные повреждения. Данная тактика, при которой главный стратег рисковал личной безопасностью, а соответственно и всем командованием, являлась по сути своей ущербной. В татарской тактике военных сражений, напротив, полководец всегда руководил военными действиями на отдалении от поля битвы, не вступая лично в бой. Успех татар был впечатляющим и получил известность далеко за пределами Руси. Так, о поражении Василия II и его пленении знали в Литве и Польше. Катастрофу под Суздалем еще долгие годы помнили на Русской земле.

В Москве, после того как было получено известие о пленении Василия II, великокняжеский титул перешел к его сопернику – Дмитрию Юрьевичу Шемяке. Он стал старшим в роде Калиты и до тех пор, пока Василий II находился в плену, обладал престолом, согласно традиционному порядку наследования власти.

Одним из последствий Суздальской битвы был заключенный между Улуг-Мухаммедом и Василием II «Мирный договор 1445 г.» – документ-соглашение об условиях отпуска из татарского плена московского великого князя, существование которого не доказано. Спустя 3 месяца после пленения Василий II был отпущен ханом Улуг-Мухаммедом в Москву. Исследователь истории и культуры народов Поволжья М. Г. Худяков полагал, что при отпуске великого князя из плена хан составил с ним мирный договор об условиях освобождения. Однако он, как и другие историки, недоумевал, почему этот большой по значению межгосударственный акт не был юридически оформлен в письменном виде. Для понимания причин необходимо учитывать особенности международных правовых норм той эпохи, когда ордынские ханы являлись общепризнанными сюзеренами, а московские великие князья были их вассалами. Василий II при вступлении на великокняжеский престол в 1432 г. получил из рук Улуг-Мухаммеда ярлык на правление в Москве. После изгнания Улуг-Мухаммеда из Сарая и Крыма великий князь Василий II, желая воспользоваться смутой в Орде, решил переметнуться на сторону другого хана, то есть попытался восстать против своего прежнего сюзерена. Однако, потерпев в 1445 г. сокрушительное поражение от войск Улуг-Мухаммеда и оказавшись в плену, он, вероятно, признал законность и «незыблемость» своей вассальной зависимости от Улуг-Мухаммеда. Поэтому юридически не было никакой надобности оформлять мирный договор, происходило лишь подтверждение прежнего правопорядка: ярлык Улуг-Мухаммеда, выданный им Василию II на великое княжение, сохранил свою силу.