Во время похода на Псков Баторий отправил обширное послание к царю, в котором смеялся над тем, что он производит себя от Августа, осмеивал его титулы, не забыл и того, что мать его была дочерью литовского перебежчика, упрекал его в тиранстве, оправдывался в своих военных действиях. Взяв Остров, 25 августа королевское войско появилось под Псковом. Город Псков был сильно укреплен, обильно снабжен военными запасами. Городом начальствовал князь Шуйский.
С 26 августа по конец декабря твердо стояли защитники Пскова, отразили приступ 8 сентября и за каменными укреплениями еще строили земляные, как оказалось после сделанного пролома. У неприятеля был большой недостаток запасов военных, слышался ропот на продолжительность осады, на невыдачу денег, на суровость зимы. Несмотря на строгость мер, принятых против беспорядков в лагере, ссоры между осаждающими были часты. Посланы были немцы к Псково-Печерскому монастырю, но попытки взять его окончились неудачей.
От Пскова войска Батория делали набеги на окрестные и даже довольно далекие места. Так, Христофор Радзивилл дошел до Верхней Волги и грозил Старице, где тогда был сам царь. Успешнее Батория действовали шведы: они взяли Гапсал, Нарву, Вейссенштейн, Ям, Копорье и Корелу. Все враги Иоанна находились между собою в сношениях: не только польский, но и шведский король переписывался с крымским ханом. Шведы предлагали полякам прийти к ним на помощь под Псков, но Баторий, опасаясь, как предполагают, успеха шведов в Ливонии, отклонил предложение.
Отчасти это опасение, а еще более обещание, данное сейму, кончить войну походом 1581 года и неудача псковская побудили Батория желать мира. Посредником явился папский посол иезуит Антоний Поссевин, прибывший вследствие предложения о посредничестве, высказанного в Риме царским посланником Шавригиным. В Риме этим посольством были очень довольны; уже не раз делались из Рима попытки так или иначе подчинить себе далекую Московию. Поссевин известен был раньше тем, что, переодетый, проник в Швецию и склонил короля Иоанна к мысли возвратиться в католицизм; тогда же познакомился он с Баторием. Еще в Риме начал Поссевин изучать дела московские; ему были открыты все дипломатические документы.
При отъезде из Рима Поссевину была дана любопытная инструкция, в которой указываются две ближайшие цели: установить торговые сношения Венеции с Русью и способствовать заключению мира между царем и королем, причем он должен был дать понять, какое сильное участие принимает в этом деле Папа; предписывалось также указать на цель примирения – союз против турок и соединение церквей, без которого и самый союз не может быть прочен.
Чтобы побудить царя к этому важному шагу, рекомендовалось указать на стыд повиноваться патриарху, зависящему от турок, на славу войти в союз с Европой и на награду на небе. Заехав в Венецию и к императору, для переговоров об общем союзе, Поссевин в июне 1581 года приехал в Вильну к королю Стефану. Король посмотрел сначала подозрительно на переговоры Поссевина с императором, которого считал своим врагом; но иезуит победил все затруднения. Переговоры начались в Полоцке, но шли туго; тогда Поссевин сам поехал к царю. Иоанн в переговорах показал себя хорошим дипломатом: о турках говорилось мало, вопрос религиозный был отложен; только венецианским купцам дозволено было иметь при себе священников. Пробыв в Москве недель шесть, Поссевин в сентябре вернулся к Баторию; Иоанн созвал боярскую думу, постановившую «ливонские города, которые за государем, королю удержать, а Луки Великие и другие города, что он взял, пусть уступит государю, а помирившись с королем Стефаном, стать на шведского».
Послами были назначены князь Елецкий и печатник Алферьев. В декабре 1581 года начались переговоры в деревне Киверова Гора около Порхова. Со стороны польской были Зборажский, Радзивилл и Гарабурда. До 6 января 1582 года продолжались бурные переговоры, пока, наконец, не подписано было перемирие на десять лет на условиях, уже предрешенных постановлением думы, причем Баторий вытребовал от Иоанна обязательство не захватывать Эстонию.
Это обещание имело влияние на прекращение шведской войны. Несмотря на неудачу шведов под Орешком, в августе 1583 года заключено было на реке Плюссе близ Нарвы перемирие на три года, на основании которого все занятое шведами осталось за ними. Кроме обещания, данного Баторию, причиною заключения перемирия было восстание черемисов и, вероятно, сознание, что для успехов европейской войны необходимо преобразовать войско. Поссевин по заключении перемирия приехал в Москву. Здесь он требовал только подчинения Папе и за это указывал, в перспективе, на Византию; но все это мало действовало на царя; он отказывался говорить о делах духовных, потому что «долг мой заправлять мирскими делами, а не духовными».