У грудні 1654 року отримав наказ виступити на Україну на допомогу Богдану Хмельницькому. В січні 1655 року з'єднався з ним під Уманню. Взяв участь в битві під Охматовом. Проте військо Шереметьєва (за різними даними, від 10 до 20 тисяч) понесло значні втрати (за деякими даними, до 9 тисяч). У березні 1655 року був відкликаний до Москви і потрапив в опалу.