Od końca XVI w. doszło do serii powstań Kozaków zaporoskich przeciwko Koronie. Pierwszymi były: powstanie Kosińskiego i powstanie Nalewajki. W 1637 roku wybuchło w Naddnieprzu powstanie Pawluka, którego stłumienie doprowadziło do przejściowego ograniczenia praw Kozaczyzny. Najpoważniejszym powstaniem było powstanie w latach 1648–1655 pod przywództwem Bohdana Chmielnickiego. Objęło terytorialnie Naddnieprze, Wołyń, Podole, Ruś Czerwoną po Zamość i znaczny obszar Wielkiego Księstwa Litewskiego. Od ugody zborowskiej (1649) Kozacy posiadali system autonomicznych rządów określanych jako Hetmanat (Hetmańszczyzna) lub "Wojsko Zaporoskie". W styczniu 1654 Hetmanat w ugodzie perejasławskiej poddał Ukrainę naddnieprzańską pod władzę cara Rosji z zachowaniem jej autonomii i przywilejów kozackich. Konsekwencją ugody była długoletnia (1654–1667) wojna Rzeczypospolitej z Carstwem Rosyjskim, toczona na obszarze Rzeczypospolitej po środkową Wisłę. W 1658 roku została zawarta pomiędzy Hetmanatem a Rzecząpospolitą unia hadziacka, przekreślająca podległość Ukrainy Rosji i ustanawiająca Księstwo Ruskie jako trzeci równoprawny człon Rzeczypospolitej (obok Korony i Litwy). Postanowienia unii nie weszły ostatecznie w życie. Kończący działania wojenne rozejm andruszowski z 1667 roku rozstrzygnął, że Rzeczpospolita utraciła na rzecz Rosji Zadnieprze, czyli województwo czernihowskie i większość (ok. 140 tys. km²) województwa kijowskiego. Podział terytorium Ukrainy między Rzeczpospolitą a Carstwo Rosyjskie został potwierdzony w 1686 traktatem Grzymułtowskiego, który oprócz cesji Zadnieprza uznawał władzę Rosji nad Kijowem z okręgiem. Również w 1686 prawosławna metropolia kijowska (podległa dotąd Patriarchatowi Konstantynopola) została podporządkowana Patriarchatowi Moskiewskiemu.