Od 1617 toczył wojnę o "dominium Maris Baltici" z Rzecząpospolitą Obojga Narodów. Wykorzystując zaangażowanie głównych sił wroga w konflikt z Turcją, opanował w 1621 większą część Inflant z Rygą. 31 lipca 1622 podpisał rozejm w Mitawie, zatrzymując w swym ręku zdobyte wcześniej ziemie. Trzy lata później wznowił działania wojenne, zajmując Dorpat w Inflantach, skrawek Litwy z Birżami oraz większą część Kurlandii z Mitawą. Ośmielony tymi sukcesami, przerzucił swoje wojska w 1626 do Prus Książęcych, opanowawszy Piławę, Elbląg, Malbork i przejściowo Puck. Podczas bitwy pod Lubiszewem-Tczewem 18 sierpnia 1627 został postrzelony groźnie w szyję i ramię, co spowodowało przyspieszony powrót króla do Szwecji i przerwanie kampanii. Ostatecznie zwycięstwo polskie pod Trzcianą (1629) zahamowało jego ekspansję na Pomorzu. 26 września 1629 zawarł rozejm w Altmarku (Starym Targu). Zatrzymał w swym ręku większość portów pruskich i dużą część Inflant oraz zapewnił sobie wpływy z ceł pruskich.