Когда отсутствие воды и болезни в войске заставили Голицына отступить в те места, где реки еще не пересохли, Мазепа решил действовать. Он построил свой план на том, что, предав Самойловича, спасет репутацию Голицына и окажет тем самым услугу царевне Софье.
Среди русских полков был пущен слух, что степь сожгли не татары, а казаки по приказу гетмана, который не хотел завоевывать Крым. В конце июня группа полковников, друзей Мазепы (сам он сделал так, чтобы его услали с каким-то поручением), подала князю Голицыну список с 25 обвинениями в адрес Самойловича (некоторые из них были справедливы — например, обвинение в алчности и других прегрешениях), а также предъявили доказательства того, что Самойлович всегда выступал против союза с Польшей и войны с Турцией.
22 июня в деревне Коломак (западнее Полтавы) гетмана и двоих его сыновей арестовали прямо при выходе из церкви. Самойловича привезли на суд казацких старшин; он попытался убедить их, что ни в чем не виновен, но его не стали слушать; судьи, выхватив сабли, набросились на гетмана, и Голицыну пришлось вмешаться, чтобы спасти ему жизнь.
Старого Самойловича сослали в Тобольск, а его сына Якова — в Енисейск. Все его поместья, все имущество семьи конфисковали. Это, однако, не удовлетворило коварного Мазепу — два других сына гетмана, бывшие его ученики, Григорий и Семен, ставшие к тому времени полковниками, были арестованы и привезены в Путивль, где их подвергли пыткам и обезглавили, даже не позволив исповедоваться и причаститься перед смертью.
Мечта, зародившаяся у Мазепы, как только он попал под покровительство Самойловича, наконец осуществилась. В селе Коломак собралась Рада для выборов нового гетмана. Мазепа рассчитывал на помощь Голицына, но ему нужно было заручиться поддержкой старшин, поэтому он принялся раздавать взятки. Выборы прошли 25 июля 1687 г. По слухам того времени, он заплатил князю Голицыну 11 тысяч рублей и по нескольку тысяч — старшинам.
У Самойловича, после падения которого началось возвышение Мазепы, почти не было друзей; не нашлось и сочувствующих ему среди русских и украинских историков. И те и другие обвиняли его в том, что он не знал пределов своей алчности, не разбирал средств для собственного обогащения, презирал закон и продвигал своих любимчиков, а также раболепствовал перед Москвой и одновременно плел против нее интриги. Самойловичу, конечно, было далеко до Богдана Хмельницкого и Дорошенко. Он носил титул гетмана, но на самом деле был чем-то вроде наместника царя на Украине. Постоянное присутствие московских войск во время его гетманства исключало всякую возможность независимых действий с его стороны. Впрочем, это доказывает лишь то, что Украина в ту пору нуждалась в человеке подобного типа.
За 15 лет правления Самойловича, с 1672 по 1687 г., жизнь Левобережной Украины снова вошла в свою колею. Страна, которую принял в 1687 г. Мазепа, даже с географической точки зрения была уже совсем не той, которую оставил после себя Хмельницкий. Все ее области, за исключением Киевщины, совершенно опустели — люди ушли на левую сторону Днепра, и все жизненно важные центры располагались теперь на реках Десна, Сейм, Псёл, Сула и Ворскла. Земли Украины простирались на севере до реки Сож, а на востоке — далеко за Донец. Столицей гетманов стал город Батурин, расположенный неподалеку от того места, где Сейм впадает в Десну, а там, где когда-то держал свой двор Хмельницкий, только руины отмечали бывшее место Чигирина.
После начала восстания Хмельницкого население Левобережной Украины непрерывно возрастало, ибо область, расположенная восточнее Днепра, считалась безопасной от набегов татар и поляков. В 60-х гг. XVII в. этот процесс несколько замедлился, поскольку в ходе гражданской войны даже в этих, сравнительно спокойных областях стали появляться польские, московские и татарские отряды. Заселение Новой Украины снова ускорилось после 1672 г., когда в Подолию и Правобережную Украину вторглись турки. После 1680 г. «месопотамский пояс» между Бугом и Днепром, официально провозглашенный в Бахчисарае представителями Москвы и Порты, превратился в пустыню, а за год или два до этого Дорошенко в своем письме атаману Сирко назвал Самойловича «Сарданапалом» и выразил ужас оттого, что эти земли пришли в запустение, являвшееся следствием его же собственной политики: «Там, где когда-то стояли города и села, окруженные садами, остались только голые стены, и голодные собаки дерутся между собой. Церкви закрыты, потому что в них некому молиться. Поля заросли сорняками, и наша родная земля, раньше такая веселая и яркая, превратилась в мертвую пустыню».