Тем временем поляки под предводительством гетмана Жолкевского окружили столицу и потребовали сдачи и признания московским государем королевича Владислава. 17 августа договор был подписан, а в конце сентября польское войско вступило в Москву.
Захват столицы интервентами вызвал мощный народный подъем. С первых же дней пребывания поляков в Москве начались выступления горожан против захватчиков, все более и более принимавшие характер вооруженной борьбы. Население Подмосковья развернуло партизанскую войну. Попытки поляков расширить оккупированную ими территорию русского государства встречали ожесточенное сопротивление населения.
Центром формирования народного ополчения стали города Нижний Новгород и Ярославль. 8 февраля нижегородские отряды двинулись к Москве, 21 февраля был послан передовой отряд из Ярославля, а в конце февраля выступила вся ярославская рать. Формирование дворянского ополчения началось в Рязанской земле под руководством воеводы Прокопия Ляпунова. К дворянскому ополчению присоединились и казаки во главе с тушинским атаманом Иваном Заруцким. Под Москвой народное и дворянское ополчения объединились под руководством Ляпунова, Заруцкого и тушинского боярина Трубецкого.
В марте 1611 года народное ополчение осадило захватчиков, засевших в Москве. Однако среди ополченцев вскоре начались раздоры, а казаки Заруцкого вообще умертвили Ляпунова. В итоге в августе ополчение распалось.
Уже в сентябре в нижегородском посаде началось формирование нового ополчения, организатором которого стал земский староста Кузьма Минин. Ко времени выступления ополчения из Нижнего Новгорода, т. е. к началу 1612 года, ополчение насчитывало в своих рядах более 3 тысяч человек. Командование было поручено воеводе Дмитрию Пожарскому. При ополчении был сформирован так называемый «совет всея земли», в который вошли избранные представители от городов и уездов.
В начале апреля основные силы ополчения прибыли в Ярославль. Сюда же стекались из разных городов стрельцы, а также заинтересованные различными посулами представители некоторых народов, преимущественно татары и чуваши. Ко времени выступления из Ярославля ополчение насчитывало уже 20 тысяч человек.
За время стоянки в Ярославле Пожарский обеспечил маршрут дальнейшего похода на Москву. Были зачищены от казаков и сторонников польского короля Пошехонье, Углич, Переяславль-Залесский и другие города.
План командования ополчением предусматривал нанесение главного удара по интервентам, засевшим в столице. Получив в конце июля сведения о движении к Москве литовского гетмана Хоткевича с войском и запасами для гарнизона, Минин и Пожарский решили немедленно выступить с целью помешать Хоткевичу соединиться с поляками, находившимися в Москве.
В конце июля народное ополчение двинулось к столице через Ростов и Переяславль. Два полка во главе с Лопатой Пожарский послал вперед с приказом расположиться у Петровских и Тверских ворот Каменного города. Главные силы ополчения разместились у Арбатских ворот и укрепились. У осажденных интервентов был отнят весь Белый город от Никитских ворот до Москвы-реки.
Появление ополчения под Москвой разделило казачество на два лагеря. Часть казаков во главе с атаманом Заруцким не желала участвовать в освобождении столицы и отступила к Коломне. Остальные казаки предпочли присоединиться к ополчению.
Сражение началось наступлением войска интервентов. 21 августа Хоткевич форсировал Москву-реку у Новодевичьего монастыря и атаковал полки Пожарского. Гетман рассчитывал пройти через Арбатские и Чертольские ворота в Кремль, разбив на этом пути отряды ополчения. В самый разгар битвы несколько конных сотен, во главе с Кузьмой Мининым, напали на интервентов и внесли замешательство в их ряды. Пешие ратники поддержали конницу, подлый враг в панике бежал. В трехдневной битве войско Хоткевича было разбито, и он, бросив обоз, трусливо бежал из Москвы.
Пожарский предложил осажденным в Китай-городе интервентам сдаться, но они отвергли это предложение. Тогда по Китай-городу был открыт сильный артиллерийский огонь. 22 октября Китай-город был взят штурмом. Начались переговоры о сдаче Кремля. 26 октября 1612 года Москва была освобождена.
После освобождения столицы боевые действия продолжались еще на протяжении нескольких лет. Интервенты не хотели уходить из России. В их руках находилось много городов, в том числе Смоленск. Королевское войско во главе с Владиславом пыталось вернуть себе Москву. В то же время от России пытались отторгнуть новгородские земли шведы, а шайки казаков Заруцкого нападали на города и селения, грабя и избивая жителей.
Народное ополчение после освобождения Москвы было распущено. Борьбу с интервентами и изменниками продолжали лишь отдельные отряды. Разгорелась партизанская война. В это же время был созван Земский собор, который избрал царем Михаила Романова. Перед правительством Михаила Федоровича стояла задача закончить очищение территории русского государства от иноземных захватчиков.