Возобновилась уния с Польшей.
23 октября 1501 г. в Мельнике был подписан документ об условиях этой унии. На польский престол был избран великий князь литовский Александр Казимирович из династии Ягеллонов. Оба государства обязались проводить единую политику, иметь общую раду, сеймы и единую монету. Однако магнаты ВКЛ отказались ратифицировать унию, поскольку, на их взгляд, она означала ликвидацию литовской государственности. Мельникский акт не был осуществлен, хотя политика государств стала более координированной.Необходимо отметить, что военная кампания 1501–1503 гг. сложилась неудачно для ВКЛ.
В ноябре 1501 г. оно потерпело поражение под Мстиславлем. В июне 1502 г. союзник Ивана III Менгли-Гирей окончательно разбил союзницу Литовского государства – Великую Орду. Неудачным для княжества был и Смоленский поход русского войска, вызвавший перелом в боевых действиях. 2 апреля 1503 г. было заключено перемирие сроком на 6 лет. ВКЛ отказывалось в пользу Москвы от всей верхнеокской Украины, от Чернигово-Северской земли, в том числе и от Гомеля (Гомля), от значительной части Смоленской и Витебской земель. Всего ВКЛ уступило Москве 19 городов, 70 волостей, 22 городища, 13 сел, потеряла 1/4 часть площади всего государства. Это сделало незащищенной восточную границу ВКЛ, которая приблизилась к центру государства.Политику Ивана III (умер в 1505 г.) продолжил его сын Василий III.
В августе 1506 г. в Вильно умирает и Александр Казимирович. Василий III через свою сестру Елену Ивановну, вдову Александра, и опираясь на православных феодалов и шляхту пробует завладеть литовским престолом. Но план этот не осуществился. Великим князем литовским был избран младший брат Александра – Сигизмунд, который в декабре 1506 г. стал польским королем. Оба государства готовились к войне. Сигизмунд заручился поддержкой брата Василия III – Юрия Ивановича, удельного князя Дмитриевского, звенигородского, серпейского и брянского, обещая ему помощь в завоевании русского престола. Василий III вступил в союз с Михаилом Глинским, могущественным фаворитом Александра, попавшим в немилость при Сигизмунде.Военная кампания началась весной 1507 г.
Она была тесно связана с феодальным восстанием в ВКЛ, вспыхнувшим под предводительством князя Михаила Глинского в феврале 1508 г., который вместе с братом и сторонниками присягнул Василию III. Повстанцы укрепились в Турове, Мозыре, заняли Клецк, обложили Житомир и Овруч. Глинский пытался захватить также Слуцк и Минск, но это ему не удалось.Русские войска при взаимодействии с отрядами Глинского подошли к Вильно, однако решающей битвы так и не произошло. Война 1507–1508 гг. закончилась «вечным миром»,
который был заключен в Москве в 1508 г. ВКЛ признало переход к России земель, присоединенных к ней в результате войн конца XV – начала XVI в., и получило территорию 5 смоленских волостей.Василий III, однако, не оставил попыток захватить смоленские земли, и в декабре 1512 г. русская армия во главе с великим князем двинулась на Смоленск. Первая попытка штурма не удалась. Новая кампания развернулась летом 1513 г. и также была безрезультатной. Третья кампания по захвату Смоленска началась в мае 1514 г., и после трехмесячного штурма Смоленск капитулировал. Русские войска стали продвигаться на запад, к Орше и Друцку. Около Оргии произошло великое сражение
, в котором московские войска потерпели полное поражение. Но вернуть свои земли Литва не смогла. В 1522 г. было заключено пятилетнее перемирие, продолжавшееся до 1532 г.Смерть Василия III и смута в Московском государстве при его малолетнем преемнике подтолкнули ВКЛ к еще одной попытке вернуть завоеванное Москвой. Возобновились военные действия, продолжавшиеся 4 года, в результате которых ВКЛ вернуло только Гомель и несколько незначительных волостей на востоке. В 1537 г. снова было заключено перемирие на 5 лет, до 1542 г. Оно продолжалось до самой Ливонской войны 1558–1583 гг.