Основные силы русских войск (более 41 тыс. чел., воеводы князь Я. К. Черкасский, князь Н. И. Одоевский и князь М. И. Тёмкин-Ростовский), овладев Белой и Дорогобужем, в начале июля осадили Смоленск, но не начинали штурма, опасаясь нападения из района Орши литовской армии Я. Радзивилла (около 10 тыс. чел.). Навстречу ему было послано русское войско князя Черкасского, которое, заняв Оршу, разгромило под Шкловом армию Радзивилла. 23 сентября русские войска овладели Смоленском. Юго-западное крыло русских войск (воевода князя А. Н. Трубецкой), наступая из района Брянска, заняло Рославль, Мстиславль, Шклов и другие пункты, украинский отряд И. Н. Золотаренко — Гомель, Новый Быхов и др., очистив междуречье Днепра и Березины. Северное крыло русских войск (воевода В. П. Шереметев), сосредоточенное в районе Новгорода и Пскова, 1 июля овладело Невелем, 17 июля — Полоцком, 17 ноября — Витебском. Осенью 1654 началось наступление против крепостей Лифляндского воеводства Речи Посполитой: были взяты Люцин (современная Лудза), Режица (современный Резекне) и Лужа. Объединённые русско-украинские силы Б. Хмельницкого и А. В. Бутурлина, предприняв осенью 1654 наступление из-под Фастова, заняли Острог, Межиречье, Ровно и другие города. Зимой — весной 1654—55 польско-литовские войска Радзивилла, А. Гонсевского и др. вторглись в освобожденные районы Белоруссии, освободили от осады Старый Быхов и заняли Копысь, Дубровну и Оршу. На Украине польские и союзные им татарские армии одержали победу над русскими и украинскими войсками у Жашкова. Однако безуспешная 3-месячная осада Могилёва и поражение польских и татарских армий под Ахматовом (январь 1655) от войск Шереметева и Хмельницкого сорвали наступление войск Речи Посполитой.
Армия Черкасского и силы Золотаренко 3 июля взяли Минск, 31 июля центральная армия овладела Вильно, в августе — Ковно и Гродно. В августе — сентябре казацкие отряды Золотаренко очистили район Немана. Но в тылу у армии Черкасского оставался сильный литовский гарнизон в крепости Старый Быхов. Войска Трубецкого заняли Клецк, Столовичи, Слоним. Русский отряд Бутурлина и украинское войско Хмельницкого в сентябре осадили Львов; войска князя Ф. Волконского разгромили польско-литовские войска в бассейне Припяти. Армия Шереметева овладела лишь Велижем (17 июня), поход на Вильно не состоялся из-за осложнений со Швецией.
Летом 1655 Швеция начала войну против Польши. Шведские войска в июле заняли Познань и Калиш, в августе — Варшаву, затем Краков, в Прибалтике — Динабург. Эти события резко изменили внешнеполитическую ситуацию. Стремясь не допустить монопольного господства Швеции в бассейне Балтийского моря, русское правительство с конца 1655 стало готовиться к войне со Швецией. Оно приостановило военные действия против Польши (с конца 1655) и с весны 1656 начало переговоры с польским правительством. Но удалось заключить только соглашение [23.10 (2.11).1656] о прекращении военных действий и продолжении переговоров через год. В мае 1656 Россия объявила войну Швеции (см.
Военные действия возобновились в октябре 1658. Польско-литовские войска П. Сапеги и Гонсевского блокировали Вильно, но 11 октября русские войска Ю. А. Долгорукова разбили армию Гонсевского, а войско Сапеги отступило. Однако положение русских войск оказалось тяжёлым, особенно из-за измены шляхты освобожденных районов Белоруссии и части украинских войск (И. Нечая и др.), поддержавших Выговского. Это позволило польской армии овладеть некоторыми городами Белоруссии. В ходе операций зимой 1658—59 и в 1659 русские войска ликвидировали последствия измены шляхты в Белоруссии, что позволило сохранить за Россией подавляющую часть освобожденной ранее территории. В декабре 1659 русские войска овладели Старым Быховом. На Украину были посланы войска князя Трубецкого, которые осадили Конотоп. Сюда же подошли силы Выговского и крымских татар. Русское войско, потерпев поражение (июль 1659), отступило от Конотопа. Но в августе русские войска, вышедшие из Киева, нанесли Выговскому и крымским татарам решительное поражение. Выговский был свергнут, а гетманом избран Ю. Б. Хмельницкий (сын Б. Хмельницкого).