帖木兒賴以成功的是一支強大的軍隊。
帖木兒帝國軍隊的組織結構與同時代的其他穆斯林國家相差較大，反倒是沿襲了成吉思汗式的動員機制。他的軍隊的主要支撐是河中地區尚武的遊牧或半遊牧的突厥化蒙古貴族，特別是帖木兒自己所屬的巴魯刺思部族，帖木兒自己的衛隊也從40個蒙古-突厥部落中選出。這些部族被稱為“察合臺人”，因為他們居住在察合臺汗國。這些人可以隨地牧放牛羊，到處可佔地耕種，無論冬夏，隨意遷徙各地，不受任何限制並免除各種賦稅，但是有服軍役的義務。由於連綿不斷的戰爭，帖木兒的軍隊還有一個特點，即應徵入伍的士兵出征期限有時達到五年甚或十年以上，使得士兵具有半職業的性質。
但逢興兵，察合臺牧民便前來應徵，每個士兵隨身攜帶一年的糧食和其它儲備，須攜帶四種典型的蒙古-突厥式武器——一弓、三十支箭、箭筒和盾；每兩名士兵必須備一匹馬（良種馬），每十名士兵必須帶帳幕一個、鍬二把、鋤一把、鐮一把、鋸一把、斧一柄、錐一個、針一百根、結實的皮子一張，鍋一個。隨後按照“百人為最小單位，置百人長，千人及萬人之上，皆置有千人長及萬人長”的結構迅速組成了一支大軍。這些人是優秀的士兵，善於忍飢耐寒，無需麵包，只以肉、乳果腹，不得已時食用稱為“阿伊蘭”的乳酪就可以維持，因此能耐長時期的苦戰；又由於在二百年來長期處於戰爭狀態的薰陶，士兵們變成了天生的職業軍人，往往是隊伍不必先有指揮，在鼓和喇叭尚未傳出命令之前他們即能猜出要做什麼。由於甲冑昂貴，只有軍隊中的高級將領才有資格穿戴。護服（kayak）比較大眾化，但也只是軍官才置辦得起。這種護服是在氈絨上密密地釘上一排排金屬片，雖然排束很緊，但有彈性，不妨礙舞刀弄槍。
由於帖木兒帝國的屬民還包括了河中與波斯地區的定居居民，因此這些不太受帖木兒信任的“塔吉克人”（中亞突厥語民族對說波斯語的穆斯林的稱呼）組成了帖木兒軍隊中的步兵。步兵主要由農民及手工業者充當，不過把手工業者徵召入伍只是為了照看弩炮等攻城器與其它器械，以及各種防守工具。而其他步兵則要打頭陣，保護整個軍隊。他們挖戰壕，築護欄，當敵人發動進攻，尤其是騎隊衝上來時，步兵躲在戰壕護板（“察巴兒”）與“禿刺”後面，首先應戰，並依靠護欄向敵軍射箭投矛。
帖木兒在軍事上最大的創新是對蒙古軍隊舊法進行了改革。從1391年起，他改革了蒙古人分左、中、右三軍七塊的佈陣法，從而避免了因中軍薄弱而易被中間突破，或從一翼突破造成失去平衡的弱點。改革後的佈陣，雖然整個佈署結構還是分為七塊，但它們既是較為獨立的七個忽勒（軍團），又結成渾然一體。其佈陣特點是中軍得到特別加強，在其前面加有先鋒，後面又增設了後備隊，這就改變了過去中軍在戰鬥中不起決定作用的局面。這時左右兩翼雖然沒有了前哨，但加強了側衛，跟以前一樣仍具有很重要的意義。由於左右兩翼的側衛還沒有完全獨立，故也有把這稱作為“五花陣”的。這陣勢的優點在於側衛是由最富有戰鬥經驗，最勇敢的百戶組成，故能有效地預防兩翼被突破，也保衛了不讓敵人從側後包圍。而這種陣勢最強處就是中軍的作戰能力大為增強，尤其是統帥坐鎮中軍後面的後備隊中，既利於統觀全盤，又可以隨時以強大的後備隊策應戰鬥中任何一個危急之點，這就改變了以往蒙古陣法主帥偏處左翼軍的侷限，從而提高了指揮效能和戰鬥的機動性，避免了舊陣法容易被分割和失去平衡的弱點，使全軍戰鬥力大為提高。特別是後備軍的運用，在大多數場合下成為決定戰爭結局的關鍵因素。
實際上，帖木兒的征戰有一個明確的戰略目標：復興絲綢之路，並使他的都城撒馬爾罕成為世界貿易的中心，他在給法國國王的信裡寫道：“世界因為商人才能繁榮”。 這位英雄還要進一步掌控絲綢之路的東西兩端，而絲路西段掌握在奧斯曼土耳其帝國手中。此時的奧斯曼帝國已經統治了從多瑙河到雅典的幾乎整個巴爾幹半島，並從海陸兩路封鎖了拜占庭帝國的首都君士坦丁堡，這座千年古都已然岌岌可危。1396 年的尼科堡戰役（The Battle of Nicopolis），被看作是中世紀基督徒發動的最後一次大規模的十字軍戰爭。結果，聯合起來的基督徒（包括法蘭克人、德意志人、波蘭人、意大利人、捷克人）也無法阻止奧斯曼人的成功推進。
與帖木兒一樣，人稱“雷霆”的素丹巴耶塞特一世也常懷“把整個中東的全部穆斯林土地納入治下”的夢想，雙方的衝突只是時間問題。而點燃大戰導火索的是小亞細亞半島東部城邦埃爾津詹（Erzincan）。這座亞美尼亞人的城市位於幼發拉底河上游卡拉蘇河北岸傍河的山間谷地。兩邊山峰險峻，峰頂白雪皚皚，而谷地上毫無雪跡。谷地上散佈著葡萄園與肥沃的麥田。埃爾津詹的城中人口繁密，街道繁多，但其最大價值尚不在於此，而是城角有座名叫凱瑪赫的城堡，它地勢險要，扼守著通過卡拉蘇河河谷地的東西向交通要道。商人們通常從黑海東南岸的特拉比松登陸，途經絲綢之路前往中國。凱瑪赫城堡正是這條商路的必經之地。它所掌握的來往商隊的大筆財源，熱衷於通過擴張掠取財富的帖木兒自然不能放過，於是他搶先下手，把埃爾津詹變成了自己的傀儡，並把凱瑪赫城堡賜給了一位屬下的察合臺宗王作為封地。這是同樣覬覦商路利益的巴耶塞特一世不能容忍的，“雷霆”早已將凱瑪赫城堡視為禁臠，豈容他人置喙！遂遣使埃爾津詹城主，迫令其交出凱瑪赫城堡。
巴耶塞特一世
帖木兒聞訊之後去信警告巴耶塞特斷絕此念，因為“埃爾津詹已列入（帖木兒）帝國保護，一切對其之要求都不能承認”，“像你這樣小的王子能和我們較量”麼？“雷霆”接到來信後勃然大怒，揚言“帖木兒誠屬狂妄之極……任何人膽敢出面阻撓，不惜兵戎相見”，威脅帖木兒如不就範，“將來定將其俘獲，列入奴隸之中，加以侮辱”。口水戰打到如此地步，也只有讓刀劍去辯論了。
1402年6月，“跛子”的鐵騎終於侵入奧斯曼帝國，集結在錫瓦斯平原。為了炫耀武力，帖木兒組織了盛大的閱兵，但見“一定數量的騎兵手持紅旗，他們的護胸、馬鞍、鞍墊、箭筒、皮帶、長矛、盾牌和戰棍都是紅色。另外還有黃色和白色的軍團。還有身著鎖子鎧甲的軍團和穿著護胸鐵甲的軍團”，可說是衣甲鮮明，兵強馬壯。
帖木兒的步兵
得知帖木兒大舉入侵的消息之後，巴耶塞特放棄了對君士坦丁堡的圍困，以集中兵力對付“那頭名叫帖木兒的貪狗”。為阻止帖木兒通過錫瓦斯西北的塔黑特（Tuqat）附近的峽道谷地進入安納托里亞腹地，“雷霆”率軍全速東進以阻擊敵軍。在戰前的軍事會議上，巴耶塞特一世拒絕採納在安卡拉附近水源充足的營地以逸待勞靜候帖木兒的良策，而只在那裡留下了一支人數不多的守備部隊守衛儲存著許多武器及軍需品的安卡拉城，自己則率主力繼續東進，計劃將其以步卒為主的部隊隱匿在塔黑特茂密的從林中，並指望在當地諸突厥部落的援助下，一舉全殲“跛子”帖木兒的軍隊。
所謂“上兵伐謀”，帖木兒用兵詭詐，在偵悉了奧斯曼帝國部隊的動向後，迅速離開錫瓦斯，避實就虛，非但未向塔黑特挺進，反而向安納托里亞南部叢山轉移。具有諷刺意義的是，先前被“雷霆”廢黜的小亞細亞諸突厥小國的王公，由於未能在奧斯曼宮廷謀得任何官職與益處，紛紛投奔帖木兒。此刻，為了藉助帖木兒實現復國的願望，這些“帶路黨”正在全力以赴地為帖木兒引路開道，提供當地的各種情報，於是出現了戰爭史上的奇觀——雖然理論上是在奧斯曼帝國的土地上作戰，帖木兒卻彷彿是在本土一般對地理情況輕車熟路。
當巴耶塞特一世正在進軍塔黑特途中時忽然聞悉帖木兒移師轉向率軍南去，誤以為帖木兒進入山林是在畏敵逃避，不敢迎戰。遂下令將其大部分軍隊分散在山間圍剿敵軍，準備在帖木兒未抵安卡拉之前在山間將其殲滅。而帖木兒在得到“雷霆”中計，安哥拉守備空虛的情報之後，立即率軍從隱藏的山叢中出擊，迅速兵臨安卡拉城下，並佔據了安卡拉城東部與東北地區原先奧斯曼軍隊兵營。戰場主動權在握的帖木兒只以小部分部隊切斷安卡拉城的汲道並加以圍困，主力部隊則悠閒地去安卡拉的南部與西部的草原上去秣馬休整，在陣地周圍開鑿溝渠，築柵欄，夜間點燃簧火，警戒敵人的夜襲，靜候“雷霆”的到來。
驚悉帖木兒已經兵臨安卡拉城下，巴耶塞特一世慌忙星夜回師馳援安卡拉。
但是“雷霆”並不是浪得虛名，他為自己選擇了一個絕佳的戰場。奧斯曼軍隊佈陣於一片被稱為“庫布克（Cubuk）”的平原，在平原的西面，是卡拉巴亞山（Mount Karabayir）與高達海拔1611米的邁裡山（Mount Mire），在邁裡山的西面則是邁裡河；而在平原的北方則是卡特里特皮（Cataltepe）山。“雷霆”的中軍就坐鎮於平原上易守難攻的哈曼特佩斯山（Hamamtepesi Hill）。巴耶塞特一世選擇這裡迎戰帖木兒的大軍是經過深思熟慮的：如此可以保護自己的側翼和後方，蒙古人慣用的騎兵兩翼包抄戰術在山巒起伏的地勢面前是無能為力的，一旦他們靠近，就會被訓練有素的奧斯曼軍隊弓箭手擊退。不但如此，控制了這些制高點也使得奧斯曼軍隊一旦處境不利就可以安然撤退。相對而言，只有奧斯曼軍隊的左翼（庫布克平原東部）比較虛弱，因為這是一片沒有自然障礙的平原地帶，一直延伸到庫布克河邊，利於帖木兒的騎兵馳騁。好在在奧斯曼軍隊陣地的後面就是一座名叫巴哈迪特皮（Bahadırtepe）的小山，巴耶賽特一世將預備隊部署在這座小山上，隨時準備前出應對左翼的危機。總的來說，“雷霆”的佈陣完美，攻守兼備，未戰而已經立於不敗之地。後世的土耳其“國父”穆斯塔法·凱末爾在查看了當時的戰役地圖後就感慨，“‘雷霆’給‘鋼鐵（帖木兒）’設計了怎麼樣的一個陷阱啊！只有一位像鋼鐵一樣的指揮官才能突破這個陷阱，餘者皆無能為力”。
庫布克平原
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