Widząc zagrożenie ze strony Rosji, Gosiewski zaraz po objęciu obowiązków wojewody smoleńskiego przystąpił do renowacji murów obronnych Smoleńska. Osobiście doglądał budowy Fortalicji Zygmuntowskiej, która wzmacniała wschodnią część twierdzy. Intensywnie gromadził zapasy żywności i amunicję oraz rozwinął działalność wywiadowczą, zbierając wiele cennych informacji o moskiewskich przygotowaniach wojennych. Wiosną 1632 roku dokonał przeglądu umocnień Dorohobuża i innych twierdz pogranicznych. W 1634 roku wyznaczony na sejmie komisarzem z Senatu do zapłaty wojsku Wielkiego Księstwa Litewskiego. Podczas wojny z Rosją w latach 1632-34 wsławił się po szczególnie przy obronie Smoleńska – przez dziesięć miesięcy bronił miasta przed oblegającymi je wojskami Michała Borysowicza Szeina, odpierając wszystkie szturmy, aż do nadejścia odsieczy Władysława IV. Walczył pod Witebskiem, Olszą i Mścisławiem. Uczestniczył jako komisarz w rokowaniach pokojowych, zwieńczonych zawarciem w dniu 14 czerwca 1634 pokoju w Polanowie.