V roce 1601 Żółkiewski operoval na severu v Livonsku v rámci polsko-švédské války. Také se podílel na úspěšném obléhání Wolmaru a v roce 1602 na dobytí Fellinu. Téhož roku vedl polské síly v bitvě u Revalu; polské vítězství v ní vedlo ke švédské kapitulaci při obléhání Paide (Weißensteinu). Ke konci tažení onemocněl a musel předat velení hejtmanovi Janu Karolovi Chodkiewiczovi.