Under Vytautas den Store nåede staten sin største territoriale udstrækning og besejrede den Tyske Orden i Slaget ved Grunwald i 1410, ligesom den litauiske adel voksede frem. Efter hans død forværredes forholdet til Kongeriget Polen, og litauiske adelsslægter, herunder slægten Radziwiłł, forsøgte at bryde personalunionen med Polen. Nederlag i Moskva-Litauen-krigene mod Storfyrstendømmet Moskva betød dog, at unionen blev opretholdt. Ved Lublinunionen i 1569 dannedes en ny stat, den polsk-litauiske realunion. Det var en føderation, hvor Storfyrstendømmet Litauen beholdt sin politiske selvstændighed og havde sin egen regering, love, hær og finansvæsen. Staten mistede dog efterhånden territorier til det ekspanderende Rusland, og efter en række ødelægende krige deltes staten mellem det Russiske Kejserrige, Preussen og Østrig i 1795.