Во время Смоленской войны город был взят русскими войсками, но по условиям Поляновского мира вновь отошёл Речи Посполитой. В ходе восстания Хмельницкого Новгород-Северский стал частью Гетманщины, которая позже вошла в состав России. Во время русско-польской войны 1654—1667 у деревни Пироговка под Новгородом-Северским русские войска в 1664 году одержали победу над армией короля Яна Казимира, предпринявшего поход на Левобережную Украину. По условиям Андрусовского перемирия 1667 года Речь Посполитая официально признала принадлежность Новгорода-Северского России.