A földrajzi közelség révén Mamaj szoros kapcsolatokat tartott fent a vazallus orosz fejedelemségekkel, elsősorban az akkorra megerősödő Moszkvai Fejedelemséggel. A tatár vezér eleinte támogatta Moszkvát. 1363-ban a kiskorú Dmitrij Ivanovics helyett régensként uralkodó Alekszij metropolitával megegyezett az éves adó csökkentéséről. Állítólag korábban Mamaj segített kiszabadítani az 1358-59-ben Litvániában raboskodó Alekszijt. Szintén 1363-ban Mamaj kiadott egy jarlikot, miszerint Moszkva nem a Szaraj-beli kánnak, hanem Abdullahnak (azaz neki) tartozik hűséggel. Ugyanebben az évben Dmitrij herceg Mamaj támogatásával megszerezte a vlagyimiri nagyfejedelmi címet. 1370-re azonban megromlott a viszonyuk és Mamaj a tveri Mihail Alekszandrovicsnak adta át a nagyfejedelmi méltóságot. Dmitrij katonai fenyegetéssel lemondásra kényszerítette ellenfelét, és utána személyesen utazott el Mamaj székhelyére, hogy Mohamed Bolak kezéből átvegye a nagyfejedelmi jarlikot. 1374-re végleg megromlott és fegyveres összecsapásokig fajult a viszonyuk, ami 1380-ban a kulikovói csatában kulminált.