В полночь поляки подошли к спускавшемуся в Кривую Балку склону. Кривонос правильно рассчитал, что по крутому склону покатятся вниз многочисленные польские повозки и пушки и, достигнув глубокого рва, перевернутся. Сразу открыла огонь артиллерия, а полякам теперь нечем было ее подавить. Тут же казаки Кривоноса нанесли удары с фронта и флангов, а вскоре в тыл полякам ударили подошедшие казаки Хмельницкого и конница Туган-бея.
Дальнейшее правильнее назвать не сражением, а добиванием совершенно деморализованного противника, который не только не мог отступить, но и принять защитное построение. Через четыре часа все было закончено – польское войско было уничтожено. Погибло около 10 тысяч поляков, а относительно количества пленных есть точные цифры – 80 видных шляхтичей, 127 офицеров, 8521 жолнер. Попали в плен и сами гетманы Потоцкий и Калиновский, которых Хмельницкий отдал Туган-бею в знак благодарности за оказанную помощь. Кроме того, Хмельницкий захватил огромное количество трофеев, в том числе 41 пушку.
Победа под Корсунью стала ключевым моментом, позволившим развернуться восстанию Хмельницкого, – на Украине больше не оставалось крупных польских сил и восстание заполыхало всюду. Теперь никто уже не мог помешать гетману взять под контроль всю территорию Левобережной Украины. В августе он уже установил свою власть на значительной части Правобережья – в Киевском, Брацлавском и Черниговском воеводствах.
Впечатление от побед Хмельницкого было настолько велико, что вскоре восстание перекинулось и в Белоруссию. Гетман, понимая всю стратегическую выгодность рассеивания польских сил, отправил туда несколько казачьих отрядов для помощи белорусским повстанцам.
Одновременно гетман попытался получить в начатой борьбе против поляков поддержку Москвы и обратился с письмом к царю Алексею Михайловичу, в котором рассказал о своих победах под Желтыми Водами и Корсунью: «Чрез которих радостно пришло нам твою царскую велможност видомим учинити оповоженю вири нашое старожитной греческой, за которую з давних часов и за волности свои криваве заслужоние, от королей давних надание помир[ем] и до тих час от безбожних ариян покою не маем.
[Тв]орець избавитель наш Исус Христос, ужаловавшис кривдубогих людей и кривавих слез сирот бидних, ласкою и милосердем своим святим оглянувшися на нас, подобно, пославши слово свое святое, ратовали нас рачил. Которую яму под нами били викопали, сами в ню ся обвалили, же дви войска з великими таборами их помог нам Господь Бог опановати и трох гетманов живцем взяти з иншими их санаторами: перший на Жолтой Води, в полю посеред дороги запорозкои, комисар Шемберк и син пана краковского ни з одною душею не втекли. Потом сам гетман великий пан краковский из невинним добрим чоловиком паном Мартином Калиновским, гетманом полним коронним, под Корсуном городом попали обадва в неволю, и войско все их квартянное до щадку ест розбито; ми их не брали, але тие люди брали их, которие нам служили [в той м]ире от царя кримского. Здалося тем нам и о том вашому [царскому] величеству ознаймити, же певная нас видомост зайш[ла от] князя Доминика Заславского, которий до нас присилал о мир просячи, и от пана Киселя, воеводи браславского, же певне короля, пана нашего, смерть взяла, так розумием, же с причини тих же незбожних неприятелей это и наших, которих ест много королями в земли нашой, за чим земля тепер власне пуста».
Рассказав о достигнутых им победах, Хмельницкий обратился со следующей просьбой о помощи, в которой была также выражена и вся его дальнейшая линия в отношениях с Москвой: «Зичили бихмо соби самодержца господаря такого в своей земли, яко ваша царская велможност православний хрестиянский цар, азали би предвичное пророчество от Христа Бога нашего исполнилося, што все в руках его святое милости. В чом упевняем ваше царское величество, если би била на то воля Божая, а поспех твуй царский зараз, не бавячися, на панство тое наступати, а ми зо всим Войском Запорозким услужить вашой царской велможности готовисмо, до которогосмо з найнижшими услугами своими яко найпилне ся отдаемо.
А меновите будет то вашому царскому величеству слитно, если ляхи знову на нас схотят наступати, в тот же час чим боржей поспешайся и з своей сторони на их наступати, а ми их за Божею помощу отсул возмем. И да исправит Бог з давних виков ознаймленное пророчество, которому ми сами себе полецевши, до милостивих нуг вашему царскому величеству, яко найуниженей, покорне отдаемо».