Новые военные действия начались в 1654 году, когда Земский собор решил удовлетворить просьбу Богдана Хмельницкого о принятии Войска Запорожского в русское подданство и поддержке в национально-освободительной войне. На Переяславской раде на верность царю присягнула большая часть казацкой старшины. За последующие два года, русско-казацкая армия в результате ряда успешных сражений смогла установить контроль над большей частью Речи Посполитой, продвинувшись до этнических польских земель. Одновременное шведское вторжение в Польшу заставило обе воюющие стороны подписать Виленское перемирие, чтобы воспрепятствовать чрезмерному усилению Швеции. Важную роль сыграли также надежды царя Алексея Михайловича на занятие вакантного польского престола. После возобновления русско-польских боевых действий в 1658 году, связанных с изменой части казацкой старшины, военная удача перешла к Речи Посполитой, сумевшей вытеснить русские войска из Литвы и Правобережной Украины. На заключительном этапе русско-польской войны наступательные действия польско-литовских армий потерпели неудачи. На фоне фактического раскола Гетманщины по Днепру, истощения войск, рокоша Ежи Любомирского в Речи Посполитой и церковного раскола в России, в 1667 году было подписано Андрусовское перемирие, в результате которого Смоленщина, Левобережная Украина и Киев сохранялись за Россией, а Запорожская Сечь переходила под совместный протекторат двух государств (на практике влияние Речи Посполитой на Сечь было минимальным). Киев передавался России на два года, однако русская дипломатия впоследствии сумела отложить его возврат, а позже его принадлежность России была закреплена в Вечном мире 1686 года, продиктованном необоходимостью совместной борьбы против Османской империи и Крымского ханства.