Чтобы выманить московитов с выгодных позиций за плотину и заставить Хованского послать как можно больше ратников в центр, Чарнецкий применил ложное отступление. Московский воевода имитацию принял за действительность и послал пехоту Щербатова за плотину. Московиты быстро оттеснили авангард Менжинского, перешли плотину и начали развертывание за ней. Тогда Чарнецкий бросил в бой свою конницу. Враг не успел опомниться, как был отброшен назад за плотину. Хованский, увидев прорыв на его берег, отложил удар по литвинам. Против Чарнецкого он направил большой отряд конницы из группы Щербатова. Московская конница быстро отбросила поляков через плотину назад.
В этот момент Сапега атаковал правое крыло московитов. Его пехота отбросила от берега реки московскую пехоту, а гусары нанесли ей большие потери. Но вскоре натиск литвинов был остановлен контратакой московской конницы, находившейся на этом крыле. Ей удалось обойти с левой стороны войско Сапеги и зайти ему в тыл. Однако литвины устояли. Их хоругви форсировали брод и одна за другой вступали в бой. Теперь уже правое московское крыло должно было обороняться.
Войнилович вывел свою конницу из засады, подошел к реке и начал форсировать ее через болото и заросли. Пехота московитов открыла огонь по всадникам Войниловича. Вслед за ней и конный резерв Трубецкого атаковал Войниловича. Бой был жестокий, победа склонялась то на одну, то на другую сторону. Один из воинов Войниловича ранил Трубецкого ударом сабли по голове. Это сломало дух московитов, их конница обратилась в бегство.
Чарнецкий снова атаковал центр московитов. В ходе жестокого боя воинам Чарнецкого пришлось отступить. Но тем временем в погоне за Трубецким конница Войниловича зашла в спину отряду московитов, дравшемуся с Чарнецким, и разгромила его. Увидев разгром центра, обратилась в бегство московская конница на левом фланге. Вслед за ней побежала пехота. Войска Хованского оказались под ударами со всех сторон и понесли огромные потери.
Битва была выиграна. Змиев погиб, Щербатый попал в плен. Хованский, получивший две сабельные раны, в панике поскакал к Ляховичам, а оттуда немедленно ушел в сторону Минска.
Победители захватили весь московский обоз с огромным запасом продовольствия, стадом коров и другим награбленным имуществом. Всех коров (около 8 тысяч) раздали крестьянам.
По разным данным, в битве на Полонке погибло от 4 до 12 тысяч московитов. Это был разгром главных сил царских войск, действовавших в ВКЛ и коренной перелом в ходе войны.
Могилёвское восстание
Уже в скором времени после того, как жители Могилёва в сентябре 1654 г. перешли на сторону царя, возникли противоречия между магистратом и царским воеводой. Через год — в сентябре 1655 — противоречия переросли в серьезный конфликт.
Воевода доложил царю, что могилёвцы «хотят выбрать без государева указа войта и бурмистров и райцев и лавников», т. е. всю администрацию. Суть в том, что горожане, пользовавшиеся Магдебургским правом с 1577 г., хотели по-прежнему сами собой управлять, московитам же это казалось ужасной крамолой. Тогда могилёвцы послали делегацию к царю и добились утверждения им предложенных кандидатур. Однако конфликт углублялся, так как новоизбранный магистрат, к тому же утвержденный царем, отказался выполнять приказы воеводы. Царь, вопреки собственным обещаниям, встал на сторону воеводы.
К этому конфликту добавился церковный. Назначения на Могилёвскую кафедру производил московский патриарх Никон, не интересуясь мнением и пожеланиями местного православного духовенства. Более того, по его приказу осенью 1654 г. часть оппозиционных могилёвских духовных лиц, включая игумена Кутеинского Богоявленского монастыря Иаиля Труцевича, выслали в Иверский монастырь под Новгородом Великим. Одновременно всех наставников Могилёвской братской школы вместе с ее типографией, книгами и оборудованием (вплоть до мебели) тоже отправили в Москву. Это был грабеж в чистом виде. Труцевич от огорчения умер по дороге к Новгороду. Что ж, участь предателя Отечества не вызывает сожаления.
Типографию (шрифты, печатные станки, большое число изданных книг) в 1655 г. перевезли из Иверского монастыря в Воскресенский монастырь под Москвой, а в 1676 году на печатный двор в Москву. В Могилёв она не вернулась.
Вдобавок ко всему казаки и московские служилые люди систематически грабили население. Полностью разочаровавшись в московских «братьях по вере» мещане разработали план восстания. По этому плану все хозяева, в жилищах которых размещались московские ратники, должны были выкрутить кремни из их ружей и 20 февраля по призыву бурмистра Язепа Левановича начать восстание.