Затея себя оправдала. Уже в начале лета 1606 года Болотников собрал значительные силы и двинулся на Москву. На этот раз правительство было готово к мятежу. На южных рубежах стояли полки — те самые, которые самозванец намеревался бросить на Азов. В крепостях были сосредоточены значительные запасы оружия и продовольствия. Поэтому вначале повстанцы терпели поражение за поражением. Но к концу лета положение изменилось, царские войска стремительно отступали, неся тяжелые потери. Главная причина заключалась в том, что на этот раз повстанцам не надо было никого ни в чем убеждать. Никто не требовал даже предъявить чудесно спасшегося царя Дмитрия — достаточно было, что восставшие действуют от его имени. По словам летописца, «вор Ивашко Болотников (…) пришел в Кромы, и все северские и полевые (южные) городы от царя Василия Ивановича всеа Русии отложились…». Пока царские воеводы умело громили мятежников, в тылу у них восставали все новые города и крепости. В стране началась настоящая гражданская война между сторонниками «законного царя» из династии Калиты — Дмитрия — и приверженцами узурпатора Шуйского. Вначале за Дмитрия стояла Южная и Юго-Западная Россия, за Шуйского — Москва и центральные и северо-западные области. Но число сторонников Дмитрия стремительно множилось, правительственные войска оказались в окружении, все пути снабжения были перерезаны восставшими. Воеводам пришлось срочно отступать к столице.
В конце лета 1606 года на сторону восставших перешла Тула, и в середине сентября армия «царя Дмитрия» вышла к Москве. Здесь правительственные войска смогли задержать их и даже заставить отойти на дальние подступы к столице, но это не меняло положения в целом. Огромная территория от Путивля до Чебоксар и от Тулы до Астрахани вышла из-под власти Шуйского. Единого руководства в мятежном крае не было. Сам Болотников наступал на Москву со стороны Калуги. На юге движение поддерживали вольные казаки, на Рязанщине действовали Прокопий Ляпунов и сотник Истома Пашков. Им удалось захватить мощную крепость Коломну и начать наступление на Москву. Шуйский бросил против них все оставшиеся силы. В его ополчении был и цвет московской знати, и чернь, но все же людей удалось собрать немного. Воевать они не хотели, и в битве под селом Троицким «бояр и воевод побили». Уже на другой день повстанцы вышли к окрестностям столицы и заняли Коломенское. 28 октября началась осада Москвы, а еще через несколько дней подошел Болотников со своими отрядами.
В столице распространялись слухи, что с восставшими находится царь Дмитрий. Шуйский, оставшийся практически без армии, безуспешно пытался вызвать подкрепления из провинции. Ничего не получалось — хотя повстанцы действовали и несогласованно, зато повсюду. К западу от Москвы они захватили Можайск, Вязьму и Волоколамск, не встретив при этом особого сопротивления. Верный Шуйскому Смоленск оказался отрезан. Какие-то казачьи отряды перекрыли дорогу между Тверью и Новгородом. Восстания в районе Нижнего Новгорода и Свияжска прервали связь с Поволжьем, где под Астраханью потерпел поражение от казаков царский воевода Федор Шереметев.
Блокада дорог вызвала нехватку хлеба в столице. Власти использовали это, чтобы настроить горожан против повстанцев. Неустанно обличала «расстригу-самозванца» и церковь. Власти организовали торжественные похороны Бориса Годунова и членов его семьи, напомнив тем самым о преступлениях самозванца. Наконец, москвичей убеждали, что сторонники Лжедмитрия, захватив город, истребят всех мужчин, а жен и дочерей разделят между собой. Пропаганда имела успех. В конце концов труп Лжедмитрия несколько дней пролежал на площади, а тело царевича было выставлено в церкви. В отличие от жителей провинции, москвичи нисколько не сомневались, что никакого «царя Дмитрия» нет в живых. Именно поэтому Шуйский не побоялся вооружить простонародье. Более того, посланцы осажденных, бывая в лагере восставших на переговорах, сеяли сомнения и в их рядах. Когда добросовестно заблуждавшийся Болотников сказал им, что лично беседовал с Дмитрием, ему отвечали: «Нет, это должно быть другой, Дмитрия мы убили».
Переговоры позволили Шуйскому выиграть время и укрепить город. Осознав свою ошибку, сторонники «царя Дмитрия» в середине ноября предприняли штурм Замоскворечья, но он кончился неудачей. В тот же день на сторону Шуйского перешел Прокопий Ляпунов с большим отрядом. Вскоре его примеру последовал Истома Пашков. А 2 декабря войска Шуйского нанесли поражение повстанцам, захватили множество пленных и жестоко с ними расправились. Менялось в пользу правительства и положение вокруг Москвы. Здесь у сторонников «царя Дмитрия» не было твердой опоры, и промедление под Москвой работало против них. В декабре 1606 года войску Болотникова пришлось отойти на исходные рубежи — в Тулу и Калугу. Понимая, что все может кончиться провалом, Болотников требовал возвращения «царя Дмитрия» в Россию. Но это было решительно невозможно.