Bolgari so se nameravali čim prej združiti svojo vojsko z bizantinsko in nato z juga napasti Srbijo. Vsi srbski poskusi, da bi sklenili premirje, so bili neuspešni, vendar so pokazali, da morala v bolgarski vojski ni najboljša. Srbi so sklenili preprečiti združitev bolgarske in bizantinske vojske in so 28. julija 1330 pri Velbaždu napadli Bolgare. Na obeh straneh je bilo po 15.000 vojakov. V bitki, v kateri so se najbolj izkazali strelci mladega kralja Štefana Dušana, so Srbi prepričljivo zmagali. Kralj Mihael je na begu padel s konja, potem pa so ga Srbi ujeli in usmrtili. Pokopali so ga v cerkvi sv. Jurija v Nagorčinu. Ostanke bolgarske vojske je rešil Mihaelov brat Belaur.