帖木儿面对这种情况,没有立即反击,相反,它在1401年停止了下来过冬,到了1402年春天,他开始集结军队,在这一年的6月再次入侵奥斯曼帝国,向安卡拉进军
7月20日,帖木儿的军队和巴耶济德的军队在安卡拉北部的丘布克进行了决战,战斗从早上6.1直打到晚上,超过100万人参加了战斗,巴耶济德的军队是被征服的各个民族中征集的,尽管塞尔维亚人和塞尔维亚王斯提芬仍然忠实于他,但是其他的突厥人对帖木儿更加有好感,纷纷背叛
在这场战斗中,帖木儿充分利用了从印度带来的战象,巴耶济德带领他大约1万人的奥斯曼帝国近卫军和塞尔维亚军,坚持战斗了一整天,直到最后全军覆没,在黄昏的时候,他开始逃跑,他的马却突然瘸了,他和自己的一个儿子被俘虏
帖木儿对巴耶济德表现的很优待,可是,当巴耶基德试图逃跑的时候,被关进了一个铁笼里,受到这样的曲折和屈辱,在1403年他在阿克谢希尔去世了

奥斯曼帝国军队被打败,苏丹被俘虏,对帖木儿来说,征服安纳托利亚只不过是一次旅行而已,他下令再取塔西亚停止进军,前去掠夺奥斯曼帝国都城布鲁萨,率先到达这里的是他的孙子巴克尔,帖木儿继续围攻士麦那,这座城池属于罗德的骑士们,在发起进攻之前,他劝说,守城的军队信仰伊斯兰教,但是被拒绝了,从1402年12月2日开始就围攻这里,经过两个星期的战斗,这个城池沦陷,除了少数骑士乘船逃走之外,全城的居民都遭到了大屠杀
接着,帖木儿又去围攻意大利人的重要商业中心福西亚,付希娅金世向他纳贡,得到了救赎,热那亚的贸易公司马霍恩拥有对岸的西俄斯岛,这个时候也向帖木儿表示效忠,这个时候,东罗马帝国也在帖木儿快要到达博斯普鲁斯海峡的时候,派遣使者表示效忠
这场胜利拯救了东罗马帝国,从巴耶济德战胜了尼科堡的十字军之后,贝奥斯曼帝国牢牢封锁的东罗马人就临近末日,曾经辉煌的东罗马帝国的毁灭,似乎指日可待,奥斯曼人在安卡拉遭到的突然灾难,让东罗马帝国出人意料的又多活了半个世纪,这场战争中获利最多的就是东罗马帝国,此时的曼纽尔二世可能想对帖木儿说“听我说谢谢你,因为有你,多活半世纪”
打败了奥斯曼帝国后,帖木儿采取了各种措施防止奥斯曼帝国复苏,因此,巴尔干半岛的基督教世界走运了,在突厥人的小亚细亚地区,他恢复了十年前被巴耶济德消灭的各个国家,像卡拉曼,科尼亚以及伊斯芬迪亚家族都从中获得利益,还有别的家族
从此,奥斯曼帝国在亚洲的领土又仅限于北弗里吉亚,比塞尼亚地区,另外,帖木儿还特地在为继承权争吵不休的巴耶济德的儿子们之间制造分裂,进一步削弱了奥斯曼帝国人
1404年,帖木儿回到了撒马尔罕,见到了卡斯提国王亨利三世派来的使者