Wojna rozpoczęła się w 1409 roku najazdem krzyżackim na ziemię dobrzyńską. Dalsza inicjatywa strategiczna na pograniczu Kujaw, poprzedzona starannym wywiadem wojskowym, także należała do zakonu. Walna batalia miała rozegrać się jednak dopiero w 1410 roku. Jagiełło z wielką starannością zgromadził armię polską, do której pod Czerwińskiem dołączyły wojska Wielkiego Księstwa Litewskiego, wzmocnione posiłkowymi oddziałami ruskimi (między innymi pułkami smoleńskimi i tatarskimi). Część wojsk polskich – rycerstwo ziemi sądeckiej – pozostała na południu, zabezpieczając kraj przed spodziewaną inwazją sprzymierzonego z zakonem Zygmunta Luksemburskiego.
Wojska polsko-litewskie ruszyły na północ, napotykając pod Kurzętnikiem nad Drwęcą armię zakonną. Nie ryzykując przeprawy przez bagna nadrzeczne, Jagiełło zdecydował się na obejście Drwęcy i ponownie stanął naprzeciw Krzyżaków 15 lipca niedaleko wsi Grunwald. Wojska jego liczyły zapewne do 15 000 jazdy polskiej, do 10 000 jazdy litewsko-ruskiej, parę tysięcy piechoty i towarzyszącej czeladzi. Można szacować, że siły polsko-litewskie dochodzić mogły do około 30 000 ludzi. Krzyżaków było mniej, wojska ich bowiem liczyły zapewne ponad 10 000 jazdy i kilka tysięcy piechoty, w sumie nie przewyższając 20 000. W armii tej jednak znajdował się kwiat rycerstwa Europy Zachodniej, najemnicy – zawodowi żołnierze (podobnie zresztą jak i po stronie polskiej), oraz nowa broń – artyleria. Niemniej jakość uzbrojenia i umiejętności walki były w chorągwiach polskich i krzyżackich bardzo zbliżone. Inny typ bojowy reprezentowały hufce litewskie, przypominając raczej (oprócz doborowych jednostek wielkiego księcia i pułków smoleńskich) lekkie wojska mongolskie.
Pierwsi uderzyli Krzyżacy, spędzając prawe skrzydło, litewskie, z pola bitwy. Część Litwinów zmuszona została do ustąpienia, część przebiła się do głównych sił polskich. W centrum na lewym skrzydle toczyła się główna, bardzo zacięta walka, mimo różnych faz bitwy dająca przewagę Polakom. Uderzenie piętnastu odwodowych chorągwi pod wodzą samego wielkiego mistrza nastąpiło chyba już w fazie klęski zakonu. Nie tylko nie zmieniło przebiegu bitwy, ale skończyło się śmiercią wszystkich dostojników krzyżackich. Umiejętnie zasilani rezerwami Polacy rozbili nieprzyjaciół i zadali im wyjątkowo duże straty. W pogoni za uciekającymi zdobyli i wycięli tabor, kończąc późnym popołudniem jedną z większych bitew średniowiecznej Europy.
Klęska zakonu wywarła ogromne wrażenie na współczesnych. Cesarz Zygmunt, nie rezygnując ze starań o wsparcie Krzyżaków, wycofał się z deklarowanej wojny wobec Polski. Poddani pruscy – miasta, rycerstwo – niemal w całym kraju uznali władzę Jagiełły. List gratulacyjny przesłał Jan Hus, szerokim echem odbiło się zwycięstwo polskie na dworach całej Europy.
Król polski obiegł Malbork, ale nie udało mu się zdobyć tej wyjątkowo potężnej twierdzy. Złożyło się na to parę przyczyn. Witold bal się nadmiernego wzmocnienia Polski, pospolite ruszenie chciało wracać z łupami do domów, zresztą ówczesne możliwości aprowizacyjne nie pozwalały mu na dłuższe przebywanie w polu. Krzyżacy stanowili też zbyt potężny organizm polityczny i gospodarczy, by mogli łatwo zrezygnować ze swojego państwa, przy czym popierali ich wszyscy wrogowie unii polsko-litewskiej, a także liczne dwory i Kuria Rzymska. Umiejętna obrona Malborka, prowadzona przez komtura ze Świecia – Henryka von Plauen, zaraza grasująca wśród oblegających dodatkowo utrudniały zdobycie twierdzy. Jagiełło wycofał się z Prus, co ułatwiło Krzyżakom energiczną akcję rewindykacyjną, popartą surowymi represjami wobec wszystkich zwolenników połączenia z Koroną. Niekorzystną sytuację zmieniło w październiku zwycięstwo polskie pod Koronowem nad armią idącą z odsieczą z zachodu.
Wykorzystując ten sukces Jagiełło zawarł w Toruniu w 1411 roku pokój, którego efekty bezpośrednie były dość nikłe. Zakon godził się na odstąpienie Żmudzi, ale tylko na okres życia Jagiełły i Witolda, na sąd polubowny w sprawie Santoka i Drezdenka, na pokaźną kontrybucję, zrezygnował z pretensji do ziemi dobrzyńskiej. Nie na tym polegało jednak wielkie znaczenie bitwy grunwaldzkiej. Krzyżacy stracili przewagę militarną, inicjatywę działań wojennych przejęły Polska i Litwa. Ten stan rzeczy przekreślił znaczenie, jakie państwo pruskie miało dla rycerstwa Europy Zachodniej. Krzyżacy przestali być atrakcyjnym organizatorem krucjat. Jednocześnie ich fiskalizm, samowola urzędników powodowały rosnącą niechęć, której efekty ujawniały się już w końcu XIV wieku – w okresie formowania się reprezentacji stanowej i pierwszych związków rycerstwa broniącego swej samorządności (Związek Jaszczurczy, 1397). Rosnące powiązania gospodarcze z dorzeczem Wisły i Niemna kierowały wszystkich niezadowolonych w stronę państw jagiellońskich.
Rok 1410 stanowił także przełomową datę dla międzynarodowej pozycji Polski. Znalazła się ona w rzędzie najsilniejszych państw Europy Wschodniej, o sojusz z nią zaczęły zabiegać różne dwory. Zjazd w Lubowli w 1412 roku złagodził stosunki z cesarzem Zygmuntem. Ten ostatni zobowiązał się do pokrycia części kontrybucji krzyżackiej, dając jako zastaw trzynaście miast spiskich. Przetrwały one przy Polsce aż do połowy XVIII wieku. Wielkie dzieło porządkowania spraw kościelnych, podjęte przez sobór w Konstancji (1414-1418), odbywało się przy znaczącym udziale Polaków. Ich spory z Krzyżakami rozstrzygane były z uwzględnieniem dużego znaczenia Korony Królestwa Polskiego. Zwycięstwo grunwaldzkie miało też znaczny wpływ na kształtowanie świadomości narodowej Polaków. Rozładowywało kompleksy, budziło uzasadnioną dumę narodową i poczucie własnej wartości. Stanowiło też istotny czynnik kształtujący prestiż nowej dynastii na tronie polskim.
Stosunki krzyżacko-polskie do pokoju brzeskiego
Ostatnie dwudziestolecie rządów Jagiełły przebiegało pod znakiem trzech istotnych kierunków polityki: dalszego rozwiązywania konfliktu z Krzyżakami, kształtowania się nowych form stosunków polsko-litewskich, rozwoju przywilejów szlacheckich w warunkach przemian społecznych, mających miejsce w okresie rewolucji husyckiej.
Już w 1414 roku narastające sprzeczności polsko-krzyżackie doprowadziły do wybuchu nowej wojny, w której zaatakowali Polacy. Miała ona zresztą charakter odmienny od poprzedniej. Zakon bronił zamków i dobrze fortyfikowanych miast, nie decydując się na opór w polu. Rycerstwo polskie nie mogło zdobyć umocnionych punktów oporu, kontentując się niszczeniem wsi, zasiewów, zbiorów („wojna głodowa”). Kiedy sobór w Konstancji w 1418 roku w wyniku akcji cesarza Zygmunta wydał werdykt nie zadowalający żądań polskich, w następnych latach (1419, 1420, 1422) Polacy ponownie wkraczali do Prus. Ostatnia wyprawa doprowadziła do zawarcia pokoju nad jeziorem Mielno. Korzyści, jakie wyniosła z niego Polska, były niewielkie: Nieszawa i parę innych miejscowości wróciło do Korony. Litwa natomiast uzyskała od zakonu zrzeczenie się pretensji do Żmudzi i – wobec złamania siły ofensywnej Krzyżaków – nie musiała już troszczyć się o ochronę swych granic zachodnich.
Do tekstu traktatu pokojowego została wprowadzona klauzula, umożliwiająca stanom pruskim wypowiedzenie posłuszeństwa Krzyżakom w razie zerwania przez nich pokoju z Polską. Umieszczenie takiego warunku tłumaczy się coraz żywszymi kontaktami ziem nadbałtyckich z ich zapleczem nadwiślańskim, a także – rosnącą rolą reprezentacji stanowej państwa pruskiego. Było to tym ważniejsze, że zakon krzyżacki, zepchnięty do defensywy, w oczach Zachodu pozbawiony atrakcyjności, stawał się coraz większym ciężarem dla swych poddanych. Szczególnie się to uwidoczniło w okresie, kiedy Krzyżacy zaangażowali się w wojnę domową na Litwie. W 1431 roku opowiedzieli się oni po stronie Świdrygiełły, walczącego władzę wielkoksiążęcą, a wspieranego przez prawosławnych bojarów z Ukrainy. Klęska Świdrygiełły (w 1435 roku pod Wiłkomierzem nad rzeką Świętą, tuż po śmierci Jagiełły) w walce ze stronnictwem propolskim Zygmunta Kiejstutowicza wywołała ponowną reakcję stanów, które zmusiły wielkiego mistrza do zawarcia pokoju w Brześciu Kujawskim. Nie przyniósł on zmian terytorialnych, ale ograniczył Krzyżakom możliwość odwoływania się w konfliktach z Polską do papieża cesarza. Gwarantami traktatu były zaś stany, występujące zresztą i po stronie polskiej. Zapewnienie wolności handlu polsko-pruskiego wiązało się ze wzrastającą integracją gospodarczą całej strefy nadbałtyckiej.