V druhé polovině roku 1609 se Żółkiewski zúčastnil polsko-ruské války. Podporoval zvolení Vladislava IV. Vasy, nejstaršího syna krále Zikmunda, ruským carem a myšlenku personální unie Rzeczpospolité a ruského carství (polsko-ruské unie). Roku 1610 švédské vojsko pod velením Jacoba De la Gardie přišlo Rusům na pomoc, proti spojeným ruským a švédským silám Żółkiewski dosáhl dalšího významného vítězství v bitvě u Klušina. V důsledku úspěšného tažení dobyl Moskvu a zajal cara Vasilije IV. a jeho bratry Ivana Šujského a Dmitrije Šujského. Zikmund však zamítl Żółkiewského politický plán, který by vyžadoval konverzi Vladislava k pravoslaví.