В 1647 году гетманом запорожских казаков был избран Зиновий – Богдан Хмельницкий, служивший ранее писарем реестровым у казаков. Это был широко образованный для своего времени человек, знавший польский и латинский языки. В одном из казачьих боев он попал в плен к татарам, оттуда был отправлен в Турцию, где овладел турецким языком. Во время похода против татар с гетманом Вишневецким на его имение напал польский шляхтич Чаплинский, разорил его, убил десятилетнего сына, а жену увел с собой. Жалобы Хмельницкого в различные инстанции, в том числе и польскому королю, окончились ничем, но он усвоил одно правило: против силы надо действовать силой.
Хмельницкий возглавил стихийное и разрозненное движение казаков и православного населения против Польши, придав ему осознанность и организованность. Основную часть его войск составляли запорожские казаки и русское слободское население. На стороне Хмельницкого выступил и татарский мурза Тугай Бей со своими войсками.
Первое сражение поляков и армии повстанцев произошло у Желтых Вод, окончившееся победой Хмельницкого. Поляки потеряли около девяти тысяч человек. Восставшие одержали еще несколько побед, но полностью освободиться от польского господства не могли. В 1651 году они потерпели сильное поражение от польских войск, потеряв около тридцати тысяч казаков. Хмельницкий понимал, что спасение Малороссии и православных малороссиян – вернуться под покровительство русского царя, в состав своего родного русского государства. Однако Алексей Михайлович вел осторожную политику и не торопился принимать столь важное решение – Польша обладала достаточными силами, да и весь католический Запад был на ее стороне. Пришлось заключить с поляками мир, по которому права казаков сильно ограничивались, и потому он, конечно, не мог быть прочным. Но он требовался, чтобы выиграть время. Население, спасаясь от преследования католиков-поляков, переселялось на левый берег Днепра.
Новая война казаков с Польшей начиналась из-за Молдавии. Польские войска пытались не допустить похода казаков в молдавские земли, но были разбиты. Другой отряд польских войск вторгся в казачьи земли и стал опустошать их. Богдан Хмельницкий спасение видел только в одном – в переходе под руку Москвы, и в 1653 году послал в столицу два посольства, но оба они вернулись ни с чем.
В середине 1653 года Алексею Михайловичу стало известно о переговорах Хмельницкого с турецким посольством о переходе казаков под власть Турции. Перспектива иметь на юго-западных границах могущественную оттоманскую Порту была весьма тревожной, и он дал согласие на свое покровительство казакам. 1 октября Земский собор принял решение «о приеме Войска Запорожского с городами и землями» под руку царя и о том, чтобы «против польского короля войну вести». Рада, собранная в Переяславе, приветствовала это решение, и казаки принесли присягу на службу московскому царю. Часть казаков и атаманов не поддержали решение Рады. Среди них был и кошевой атаман Иван Серко, ушедший со своими сторонниками в Запорожье.
Началась долгая русско-польская война. Московские войска направились на запад, и царь Алексей Михайлович тоже поехал на войну. План ее он одобрил. Боярина В.Б. Шереметева со стрельцами, пушками и пищалями он направил на юг, на соединение с войсками Хмельницкого для охраны южных рубежей от татар и совместных боевых действий на территории Малороссии (Украины).
На Дон был послан боярин Троекуров, чтобы совместно с донскими казаками оберегать южные рубежи от возможного вторжения турок.
Сам Алексей Михайлович во главе стотысячной русской армии двинулся к границам Польши по старой Смоленской дороге.
Принимая доклады и проводя военные советы с ближними боярами, молодой царь впервые в жизни ощутил горячее дыхание войны, ее строгие законы, увидел неизбежные жертвы. То, что издали представлялось рыцарским подвигом и романтическим приключением, на деле оказалось тяжкой и монотонной работой многих тысяч людей. Бесконечные марши, стоянки, кочевки в поле сильно его изматывали, не радовали глаз и старые, покосившиеся крестьянские избы, и толпившиеся у них бородатые мужики в холщовых рубахах, измученные тяжелой работой женщины. Кругом грязь и нищета.
К великой радости ближних бояр, это «худое» настроение царя продолжалось недолго. Скоро он привык к походной жизни, и его все чаще видели на рыжем прекрасном скакуне усталые солдаты. Это поднимало их дух, прибавляло силы, и они, распевая песни, шагали дальше по грязным и разбитым дорогам. Тем более что война началась успешно.
Был взят Смоленск, а в следующем году – Вильна, Ковно, Гродно. В дальнейшем положение русских войск осложнилось. Алексей Михайлович, поддавшись на уговоры австрийского посла, вступил в войну со Швецией. Эта война продолжалась пять лет и закончилась на прежних условиях Столбовского мира.