Последний этап военных действий (1579–1582 гг.) состоялся при новом короле и великом князе Стефане Батории, создавшем королевское войско в противовес шляхетскому ополчению. Главную роль стала играть пехота, вооруженная огнестрельным оружием и обученная по западноевропейскому образцу. Баторий нанял в Германии и Чехии несколько полков пехоты, а также купил лучшие по тем временам пушки вместе с обслугой. В начале августа (1579) он осадил Полоцк, капитулировавший через три недели. Кампания 1580 г. проводилась Баторием уже на московской территории: были заняты крепости и города Усвяты, Великие Луки, Невель и др. В конце 1581 г. Баторий пытался взять Псков, но неудачно. В январе 1582 г. Московское государство и Речь Посполитая подписали десятилетнее Ям-Запольское перемирие, которым окончилась Ливонская война. Московская Русь отказалась в пользу Речи Посполитой от всех своих владений в Прибалтике, а также от владений своих вассалов и союзников; от Курляндии, от 40 городов в Ливонии, от Полоцка вместе с уездом; от Велижа с округой. Речь Посполитая вернула Москве псковские, новгородские и тверские земли и отказалась от получения контрибуции за разрушения на территории ВКЛ, военные расходы. В результате войны весь северо-восток Беларуси был опустошен и разорен. Территория вокруг Полоцка более чем на 50 верст почти обезлюдела.
В самом Московском царстве с 1598 по 1613 г. был период «смутного времени», характеризовавшийся ослаблением центральной власти, восстаниями и военной интервенцией, общим неповиновением народа государственной власти и частой сменой политических предпочтений (то союзники, то враги). После смерти царя Федора – последнего представителя династии Рюриковичей – на московском престоле начался династический кризис. Царевич Дмитрий (наследник Ивана IV Грозного) погиб при неясных обстоятельствах, и слухи о его чудесном спасении были популярны в народе. После этого быстро менялись новые русские цари, появились самозванцы, выдававшие себя за «чудесным образом» спасшегося царевича Дмитрия – Лжедмитрий I (на год ставший в Москве русским царем) и Лжедмитрий II. Речь Посполитая, в скрытой форме поддерживавшая и Лжедмитрия I, и Лжедмитрия II, в 1609 г. перешла к открытой военной интервенции против Москвы. В 1610 г. московское боярство заключило соглашение об избрании на московский престол сына Жигимонта III королевича Владислава на условиях сохранения господствующего положения православной церкви, признания права каждого исповедовать свою веру, запрета на назначение уроженцев Речи Посполитой в административный аппарат Московского государства и сохранения всех прежних порядков. Это был реальный шанс создания в России конституционной (ограниченной) монархии. Однако в Москве вместо Владислава появился отряд во главе с гетманом Жолкевским, который стал самовластно распоряжаться страной. Это было воспринято как иностранная оккупация, против которой выступило народное ополчение во главе с Д. Пожарским и К. Мининым, которое в ноябре 1612 г. освободило Москву. В 1613 г. Земский собор в Москве избрал русским царем Михаила Романова, положившего начало новой династии русских царей. В 1612 и 1618 гг. Речь Посполитая предприняла попытки вооруженной силой посадить на престол Владислава, но они закончились неудачно. В 1618 г. в Деулино было подписано перемирие, по которому к Речи Посполитой отошли Смоленск и Чернигово-Северские земли. Впоследствии это стало причиной новой войны 1632–1634 гг. между Речью Посполитой и Московским царством (Смоленская война), в результате которой польский король (за материальное возмещение ущерба в ходе военных действий) официально отказался от претензий на московский трон.