Через месяц Литовский гетман Радзивилл взял Чернигов и Киев. Хмельницкий после освобождения от крымцев центром обороны выбрал Белую Церковь, построил мощные фортификационные сооружения и собрал сильное войско. Польские войска вступили на Украину и вместо ожидаемого разлада встретили отчаянный отпор — народ не хотел снова идти в панскую неволю; люди уничтожали продовольствие, сжигали собственные дома, ломали мосты, портили дороги, вели партизанскую войну. В этот момент смерть настигла польского военачальника Иеремию Вишневецкого. Крестьяне селами уходили в пределы Московского царства, на Слободскую Украину, пробиваясь с оружием в руках сквозь польские войска — появились новые города со слободскими полками, сотнями — Харьков, Сумы, Ахтырка, Лебедин, Белополье. Оставшиеся уходили в леса, к Хмельницкому. Подойдя к Белой Церкви, польская армия увидела перед собой хорошо организованное войско. Ни та, ни другая сторона не могла победить. Начались переговоры о мире.
Белоцерковский мирный договор, подписанный 28 сентября, оставил казакам реестр в 20 000 человек, для жительства казаков было отведено Киевское воеводство. Хмельницкого подчиняли коронному гетману, запретили дипломатические переговоры с другими государствами, союз с Крымом подлежал ликвидации; польская шляхта получала право вернуться в свои имения. Очевидно, Хмельницкий не придавал этим условиям никакого значения и принял их только для того, чтобы прервать военные действия на некоторое время. Польский сейм также не ратифицировал договор.
Н. Березин писал: «По новому Белоцерковскому договору Украина потеряла едва ли не все, что приобрела страшным конвульсивным усилием всего народа. Почти на всем пространстве ее водворялись старые ненавистные порядки. Но примириться с этим украинский народ не мог, и вот в несчастной стране в течение долгого времени не стихает ужасная борьба и страшное опустошение. То польское войско проходит по ней под предводительством жестокого Чарнецкого, предавая все огню и мечу, то идет Хмельницкий с татарами. Здесь польские помещики, пользуясь моментом, укрощают хлопов, а там хлопы, собравшись силами, жгут замки, костелы и избивают ненавистных врагов. Положение это не могло длиться долго. Страна, истекая кровью, теряла силы, и не было надежды добиться своего. Но кто мог помочь Украине! Крымский хан был вероломен, султан турецкий силен но далеко, единоверная же Москва с политической изворотливостью вела переговоры о присоединении, и за посулами ее чувствовалась та же неволя, какую Украина переживала под властью Польши».
Белоцерковский украинско-польский договор выжал неприятие украинского народа. Усилились переселения в пределах Русского государства на территории, получившие название Слободской Украины (в основном нынешние Сумская и Харьковская области Украины). Возобновились восстания казаков, крестьян и мещан против польского господства. Вместе с тем происходили и выступления против Хмельницкого. Несмотря на общие настроения, Хмельницкий, прекрасно понимая правильность своих действий по освобождению Украины от польской оккупации, был вынужден раздавать земли монастырей своей старшине и требовать, чтобы крестьяне «послушество звыклое отдавали». Гетман поддерживал оживленное отношение с православной Москвой. В январе 1652 года Б. Хмельницкий просил царя о принятии всей Украины под его власть в случае неудачи войны с Польшей. Тогда же он заключил новый союз с Крымским ханством.
О. Субтельный в «Истории Украины» писал: «Возникает вопрос, почему Хмельницкий не провозгласил Украину независимой. Во время восстания и правда пошли разговоры, что он хочет восстановить «старое русское княжество». Возможно, эта проблема обсуждалась, но осуществить ее в тех обстоятельствах было бы невозможно. Как показали непрерывные войны, казаки хотя и нанесли полякам несколько тяжелых поражений, однако не могли постоянно противостоять неоднократным попыткам шляхты отвоевать Украину. Для обеспечения победы над поляками Хмельницкий потребовал надежной поддержки великой иностранной державы. Обычной платой за такую помощь было согласие на то, чтобы признать верховенство правителя, который ее давал.
Главной причиной восстания было стремление народных масс избавиться от социально-экономического давления, и для многих украинцев то, как решить эту проблему при своей власти или чужой, — было второстепенным делом. Тем более что в Восточной Европе суверенитет тогда отождествлялся не с народом, а с личностью законного, общепризнанного монарха. С оглядкой на то, что со всей своей популярностью и властью Хмельницкий такого признания не имел, он вынужден был найти для Украины правителя, который его имел».