Участвовал в польско-шведской войне в Ливонии (1600—1611). Вначале войны за собственные средства отправил в Инфлянты 150 венгерских наемников, вербовал войско, заботился о порохе, пушках и провианте. Жителей Риги призывал к мужеству, а защиту Дюнамюнде доверил своему родственнику Ивану Островскому. На варшавском сейме 1601 года энергично обсуждал, как защищаться от шведов, и весной того же года в Жемайтии собрал отряд из 300 пехотинцев и 300 всадников, с которыми по приказу великого гетмана литовского Криштофа Радзивилла «Перуна» в конце мая прибыл в Кокенгаузен. 23 июня 1601 года в битве со шведами под Кокенгаузеном командовал правым флангом и сыграл большую роль в разгроме шведской армии. В этом сражении был трижды ранен. После битвы двинулся маршем на Дюнамюнде, где с помощью рижан вытеснил шведов из устья Двины. В дальнейшем К. Дорогостайский руководил обороной Риги до подхода польской армии под командованием Яна Замойского. В Ливонии он приобрел большую популярность, ссорился с поляками и резко выступал против квартирования польской армии в ВКЛ.