Outro conflito importante em seu reinado foi o da Guerra polaco-moscovita (1605–1618), também conhecida como As Dimitríades. Sigismundo e muitos magnatas poloneses tentaram se aproveitar da Guerra civil moscovita (o Tempo de Dificuldades), e após uma demorada guerra, o Armistício de Deulino deu algumas concessões territoriais à República (principalmente a Voivodia de Smoleńsk). No entanto, esta guerra aumentou as tensões entre a Polônia e a Rússia e arruinou os planos para o estabelecimento de uma República polaco-lituana-moscovita.