В 1616 году истекло перемирие с Речью Посполитой и шведы начали военные действия в Ливонии. 19 июня после двухдневной осады пала крепость Дюнамюнде в устье Западной Двины. В июле пришло подкрепление, скандинавы блокировали Ригу с суши и с моря и начали расширять экспансию на земли Лифляндии и Эстляндии. Для противодействия агрессору в Ливонию вошли войска Кшиштофа Радзивилла, и ему удалось отвоевать почти все города и крепости в регионе, кроме Пернова. В сентябре 1618 года между Польшей и Швецией было подписано очередное перемирие, согласно которому шведы должны были оставить Пернов, но Стокгольм решил игнорировать этот пункт договора. Дело в том, что крепость и порт Пернов занимает стратегическое положение — он находится примерно посредине между Ревелем (126 км) и Ригой (182 км). Таким образом, обладание Перновом создавало постоянную угрозу Риге и всей Польской Ливонии. К тому же одновременное обладание Перновом и островом Даго создавало угрозу датскому Эзелю, что также шло в плюс шведам.
Перемирие истекло в декабре 1620 года, и в 1621 году война Швеции и Польши продолжилась. Скандинавы воспользовались тем, что большая часть армии Польши была сосредоточена на юге. В Пернов пришли 146 кораблей и судов с 14 700 человек пехоты, 3150 кавалерии и 375 пушками. Естественно, вся эта масса войск и флота подошла к Риге, и 29 августа началась осада столицы Лифляндии. 25 сентября Рига капитулировала, 2 октября сдалась крепость Дюнамюнде. Шведы на плечах у отступающих поляков ворвались в Курляндию, которую оккупировали в рекордно короткие сроки. В январе 1622 года литовцы смогли отбить Митау, но и только. Далее начались переговоры о мире, поскольку Польша одержала победу над османами в битве при Хотине и теперь могла перебросить армию на север.
Тем не менее Сигизмунд на перемирие согласился. Польскому королю пришла в голову та же самая мысль, что 80 годами позже русскому царю Петру I. Ведь если бы у Польши был свой сильный флот, никакая переброска войск в Пернов шведами не была бы возможна, силы вторжения можно было бы просто утопить в море. Именно поэтому с 1623 года в Пуцке усилиями Яна Вейхера должно было начаться строительство кораблей. Этому воспротивился Данциг, который обладал большой автономией в польском государстве и в строительстве флота в Пуцке рассмотрел конкуренцию себе как основному порту Речи Посполитой. Однако к 1625 году поляки создали пуцкскую флотилию в составе галеонов Krol Dawid и Wodnik, пинков Arka Noego, Zolty Lew, Panna Wodna и флейта Bialy Lew. Сильнейшим из кораблей был Krol Dawid, вооруженный 31 пушкой и двумя мортирами. Офицерские должности в польском флоте почти сплошь принадлежали наемным англичанам и голландцам, а с ролью матросов отлично справлялись кашубские крестьяне.
Война продолжилась в 1625 году, шведы захватили Юрьев и Митау и дошли даже до Дюнабурга (ныне Даугавпилс). На следующий год шведы смогли одержать первые победы в пешем бою над поляками — у Валльхофа и при Гневе — и начали высадку десантов в польской Пруссии. Наскоком были взяты Пиллау, Пуцк, и началась блокада Данцига. Тем более неожиданно, что в морском сражении под Оливой шведский флот потерпел поражение от польского и был вынужден уйти в свои порты. Это поражение привело Густава Адольфа в бешенство. Биограф короля Герман Харте отмечал, что шведский король беспрестанно повторял: «Дрожащие от страха купцы разгромили людей, которые сделали войну своей профессией!»
В 1628–1629 годах бои шли с переменным успехом, но поляки имели большие проблемы с финансированием армии, поэтому после поражения у Горжно Сигизмунд III пошел на мирные переговоры.
К этому времени шведы смогли захватить почти треть Лифляндии и некоторые города в Курляндии и Эстляндии. В 1629 году в Альтмарке Польша и Швеция заключили мир, согласно которому часть Ливонии с Ригой, а также порты Пиллау, Мемель, Эльбинг отошли Швеции. Корабли Речи Посполитой, спасшие Данциг, были отданы шведам.
Таким образом, в период с 1600 по 1629 годы Швеция смогла захватить почти всё побережье Восточной Балтики, от устья Невы до устья Немана. На этих территориях проживало примерно 200–220 тысяч человек, но что самое главное — Ливония была зернопроизводящей областью, и проблема голода в Швеции и Финляндии теперь если не была решена полностью, то сильно облегчена.