Польские верхи попытались склонить Хмельницкого на свою сторону, но он был твёрд в отстаивании сделанного выбора. Война возобновилась. Казачье войско победило поляков у Зборова, вновь вынудив их пойти на переговоры. Зборовский договор, заключённый в августе 1649 года, ограничил власть Польши в нескольких украинских воеводствах, повысил права местных дворян, казацких старшин, горожан. Со стороны поляков эти уступки носили временный характер: король и магнаты вели подготовку к новому наступлению на Украину.
В июне 1651 года польская армия двинулась против повстанцев. Возле Берестечка разыгралась масштабная битва. Хмельницкий привлёк на свою сторону крымского хана, но в решающий момент сражения тот предал гетмана, приказав своим отрядам покинуть поле боя. Казачье войско потерпело поражение, в результате чего был подписан крайне невыгодный для Украины Белоцерковский договор, обнуливший многие значимые для украинцев положения Зборовского мира. Однако польским панам этого было мало. Чтобы вернуть господство над Украиной, они были готовы утопить её в крови, не считая затрат на карательные акции. Сейм постановил создать 50-тысячную наёмную армию, и осенью 1653 года она была брошена в наступление против повстанцев.
Османский галерный флот
За шесть лет беспрерывной борьбы с поляками многие области Южной Руси пришли в запустение, людские потери на этих землях доходили до 35–40 процентов, казацкое войско сократилось на треть [2, с. 178]. Спастись от полной катастрофы украинцы могли лишь в союзе с Россией. В апреле 1653 года, страстно желая спасти Украину от полной катастрофы, Хмельницкий отправил в Москву новое посольство с целью убедить царя в необходимости срочно оказать запорожцам прямую военную помощь. Послы в очередной раз говорили царю о необходимости принять Запорожское войско в российское подданство. На этот раз бояре известили их о потенциальной готовности России вступить в войну с Польшей.
Понимая, что война потребует огромных затрат, царь и его советники не стали брать на себя ответственность «без воли всей земли». Решение должен был принять Земский собор. В октябре 1653 года делегаты от всех городов и сословий приговорили: «У царского величества запорожские черкасы милости просят со многим слёзным челобитьем, чтоб он, великий государь, православные християнские веры искоренить и святых Божиих церквей разорить гонителям их и клятвопреступникам не дал и, умилосердившись, велел гетмана Богдана Хмельницкого и все Войско Запорожское принять под свою государеву высокую руку» [20, с. 452].
23 октября 1653 года, ссылаясь на волю Земского собора, Алексей Михайлович в Успенском храме Кремля объявил о вступлении России в войну против Польши. От имени царя и Земского собора на Украину выехали послы во главе с боярином Василием Бутурлиным. В Переяславле, где находилась гетманская ставка, Бутурлин, выполняя царский наказ, вручил Богдану Хмельницкому знаки гетманской власти и заверил, что права малороссов, завоёванные в тяжкой борьбе, будут сохранены.
8 января 1654 года в Переяславле была созвана Генеральная Рада, представлявшая все казачьи полки. Богдан Хмельницкий, выступая перед делегатами Рады, подчеркнул: «Единое есть мы тело Церкви с православием Великой России» [21, с. 111]. Символом соединения присутствующих с Россией должен был стать особый, показательный ритуал: все присутствующие на Раде после троекратно заданного вопроса троекратно же отвечали: «Волим под царя восточного, православного. Боже утверди, Боже укрепи, чтоб есми во веки веков вси едины были!» [22, с. 46]. Затем на верность российскому царю присягнули все казачьи полки. Гетман отправил письмо Алексею Михайловичу: «Что Ваше царское величество под крепкую и высокую руку свою нас, верных слуг, принять изволил, мы за милость неизреченную Вашему царскому величеству до лица земли низко челом бьём» [22, с. 219].
После Переяславской рады, по свидетельству автора «Летописи самовидца», казаки разослали гонцов по всей Украине, чтобы «со всим поспольством присягу виконали на вичное подданство его царскому величеству, що по усей Украини увесь народ з охотою учинил, и немалая радость меж народа стала» [10, с. 67].
Начавшаяся тогда же война с Польшей поначалу была успешной для России: русские войска заняли Белоруссию и Литву. Затем в силу ряда неблагоприятных факторов — вмешательства Швеции, моровой эпидемии в Московии, серии измен казацкой верхушки — ситуация изменилась. Истощив силы в тяжёлой войне, Россия и Польша в 1667 году заключили Андрусовское перемирие, по которому к России отошли Смоленск, Киев, Запорожье, Левобережье Украины.