Утром 6 августа казаки атаковали польский лагерь с фронта, а татары – с тыла. Одновременно несколько казачьих сотен ворвались в Зборов, занятый слабым польским гарнизоном. Однако накануне вечером Ян Казимир направил письмо крымскому хану, где предлагал ему любые уступки в обмен на прекращение татарами боевых действий. В разгар штурма польского лагеря хан потребовал от Хмельницкого прекратить наступление и пойти на переговоры.

22 августа между Украиной и Польшей был заключен Зборовский мирный договор. Число реестровых казаков по этому договору увеличивалось до 40 тысяч (столько их фактически и было в армии Хмельницкого). Король обязался платить им жалованье и снабжать оружием. Основные воеводства Украины, Киевское, Брацлавское и Черниговское, должны были иметь православных воевод, и на них распространялась власть гетмана. Польские войска не должны были оставаться на Украине. Произошел размен пленных, в результате чего в Польшу вернулись гетманы Потоцкий и Калиновский.

Сейм в Варшаве Зборовский договор не утвердил, и война возобновилась. Поляки пока что активных боевых действий на Украине не вели, собираясь с силами. В ноябре 1650 года сейм принял решение увеличить численность польского коронного войска до 36 тысяч человек, а литовского войска – до 18 тысяч. Фактическая численность польско-литовской армии была еще больше, так как многие магнаты (Вишневецкие, Любомирские, Радзивиллы и др.) имели частные армии до 5 тысяч человек.

В феврале 1651 года польский отряд вторгся в Подолию и разбил казачий полк Данилы Нечая (сам Нечай погиб). В ответ Хмельницкий с главными силами и вместе с союзниками-татарами вторгся на Волынь. Он выпустил универсал (манифест) к польским крестьянам, призывая их восстать против шляхты. Гетман рассчитывал сокрушить Речь Посполитую и посадить на трон в Варшаве своего ставленника. Ян Казимир выступил против Хмельницкого с 50-тысячной армией. Украинско-татарское войско насчитывало около 70 тысяч человек. В июне 1651 года обе армии сошлись под Берестечком.

Сражение началось 18 июня. Отряд Вишневецкого опрокинул татарскую конницу. При этом был убит давний соратник Хмельницкого – перекопский мурза Тугай-бей. Вся татарская армия в беспорядке бежала с поля боя. Хмельницкий бросился к хану, пытаясь остановить бегство, но Ислам-Гирей увез гетмана с собой, фактически превратив его в заложника. Казацкое войско было окружено. Многие казаки потонули при отступлении через болото, часть попала в плен, часть погибла. Вырваться удалось лишь меньшей части украинской армии во главе с полковником Богуном.

Через несколько дней Хмельницкий смог откупиться от хана, но войска у гетмана больше не было. Украина оказалась беззащитной перед неприятельским вторжением. 20-тысячная армия литовского гетмана Радзивилла разгромила казачий полк Мартына Небабы (полковник погиб в бою) на Черниговщине и 20 июля заняла Киев. Город был подожжен и почти полностью выгорел. Литовское войско, испытывавшее недостаток продовольствия и страдавшее от эпидемии чумы, вынуждено было уйти из Киева к Паволочи.

Сразу после победы при Берестечком Ян Казимир с польским коронным войском вернулся в Варшаву. Поход на Украину продолжили армии магнатов. У Белой Церкви их встретил Хмельницкий с остатками своей армии. Казаки не в состоянии были выдержать нового сражения, но и у поляков не было сил для эффективной оккупации всей Украины. В результате 18 сентября 1651 года был подписан Белоцерковский мирный договор. Теперь число реестровых казаков было уменьшено до 20 тысяч, а во власти украинского гетмана осталось лишь Киевское воеводство. Сам же Хмельницкий должен был, в свою очередь, подчиняться польскому коронному гетману.

После разгрома под Берестечком Хмельницкий вынужден был расстаться с идеей государственной самостоятельности Украины. Он уже не мог самостоятельно угрожать Варшаве и взял курс на вхождение Украины в состав Русского государства. С помощью Москвы, предоставившей деньги, порох, свинец и вооружение, удалось сформировать новую казацкую армию. Во главе ее гетман весной 1652 года вторгся в Молдавию. У Южного Буга, на Батогском поле, путь ему преградило 20-тысячное польское войско во главе с польным гетманом Калиновским. Половину этого войска составляли немецкие наемники. У Хмельницкого было 20 тысяч казаков и 18 тысяч татар. 5-тысячный отряд казаков во главе с сыном гетмана Тимофеем Хмельницким, зятем молдавского господаря Василия Лупу, переправился через Буг выше Ладыжина и пошел в Молдавию.

Калиновский решил, что имеет дело лишь с небольшим вражеским войском, и рассчитывал легко его уничтожить. 1 июня украинский гетман выслал против польского лагеря авангард в составе казаков и татар. Поляки легко отогнали его пушечными выстрелами, и Калиновский, уверенный, что имеет дело все с тем же небольшим отрядом казаков, приказал своей коннице преследовать неприятеля. Но в это время казачье войско обошло польский лагерь с тыла. Калиновский вынужден был приказать коннице вернуться. Отряд польской кавалерии, высланный в сторону Ладыжина, был почти полностью уничтожен казаками Тимофея Хмельницкого.

Поляки оказались окружены в укрепленном лагере. Польская конница самовольно попыталась прорваться и уйти. Калиновский приказал артиллерии и ландскнехтам открыть огонь по собственной коннице. В ответ шляхтичи атаковали немецкую пехоту. В ходе боя в лагере возник пожар, а татары и казаки, воспользовавшись междоусобицей, пошли на штурм. Часть польской конницы сумела вырваться из окружения, но большинство шляхтичей во главе с Калиновским погибло. Восемь немецких полков отразили мушкетным огнем первую атаку, но после второй атаки, исчерпав запас пороха, были почти целиком истреблены.

В 1653 году большое польское войско вторглось в Молдавию. Господарь Василий Лупу был низложен, находившийся в стране казацкий отряд разбит, а Тимофей Хмельницкий погиб при осаде польскими войсками молдавской крепости Сучава. Польская армия гетмана Стефана Чарнецкого опустошила украинские земли.

В октябре 1653 года Ян Казимир с большим войском пришел в Подолию и стал лагерем у Жванца. Казацко-татарская армия окружила лагерь. Поляки жестоко страдали от недостатка продовольствия и теплой одежды, среди них росло дезертирство. Хмельницкому казалось, что скоро удастся вынудить короля к капитуляции. Однако крымский хан, которому, по большому счету, было выгодно бесконечное продолжение украинско-польского противостояния, а не победа Польши или Украины, внезапно отвел свою армию от Жванца.

Вероятно, Ислам-Гирей также был осведомлен о намерении Хмельницкого отдаться под покровительство московского царя. Еще 1 октября Земский собор в Москве решил принять Украину в русское подданство. В декабре в Жванце был заключен компромиссный мирный договор, повторявший условия Зборовского мира. Однако этот договор не имел никакого значения, поскольку Хмельницкий 8 января 1654 года на раде в Переяславле провозгласил переход Украины под власть московского царя. Собравшаяся казачья старшина одобрила это решение. На Украину вводились русские войска, но гражданская власть оставалась в руках казачьей старшины и гетмана. Но такое положение держалось только до смерти Богдана Хмельницкого, последовавшей в 1657 году.

Это была первая война общеевропейского масштаба между двумя коалициями. Священная Римская империя (фактически – Австрийская империя) в союзе с Испанией и католическими княжествами Германии стремилась воспротивиться торжеству протестантской Реформации в Европе. Против нее боролись те германские государства, где у власти стояли князья-протестанты, поддержанные армиями протестантской Швеции и Дании и католической Франции. Империя стремилась объединить под своей властью всю Германию. Франция, давно уже враждовавшая с испанскими и австрийскими Габсбургами, стремилась утвердить свою гегемонию на континенте. Швеция старалась сделать Балтийское море своим «внутренним озером». Целью Дании было не допустить утверждения власти империи в северной части Германии.