Под небольшим замком Пилявка (близ верхнего Буга) обе армии вошли в соприкосновение и началось сражение, закончившееся 13 сентября полным разгромом поляков. Разрозненные остатки польской армии, бросив всю артиллерию и обозы, бежали в направлении Львова. Заславский потерял свою булаву, доставшуюся казакам, а Конецпольский спасся, переодевшись крестьянским парнем. Длинный путь от Пилявцев до Львова поляки пробежали в 43 часа, по словам летописца, «быстрее самых быстрых скороходов и вверяя свою жизнь своим ногам». Беглецы недолго задержались во Львове. Собрали возможно больше денег и ценностей с монастырей, церквей и горожан «для усмирения бунта» и двинулись дальше к Замостью.
Не спеша двигалось войско Хмельницкого за бежавшими поляками. Подошедши ко Львову, в котором был польский гарнизон, Хмельницкий не стал брать Львов, который он мог взять без труда, а ограничился наложением большой контрибуции (выкупа) и двинулся дальше к Замостью.
Настроение в Польше после Пилявецкого разгрома было близко к паническому. Летописец Грабинка так описывает эти настроения: «Аще много ляхов у Варшаве собрася, обаче все заячий уши имеяху, тако бо их страх од Хмельницкого обийде, яко едва суха древа треск услышат, то без души ко Гданску бежаху и через сон не един рек: «ото Хмельницкий!».
В это время был избран новый король Ян-Казимир, брат умершего Владислава. Новый король (иезуитский епископ до избрания королем), учитывая обстановку, начал делать попытки к соглашению с Хмельницким, обещая казакам разные милости и привилегии, и выступал как бы их защитником против своеволия магнатов и шляхты. Он тонко играл на том, что де и все восстание разгорелось из-за этого своеволия и было направлено не против короля, а против магнатов и шляхты. Так убеждали Хмельницкого и старшину высланные к нему королем эмиссары.
Хмельницкий принимал и выслушивал эмиссаров и заверял их, что против короля лично повстанцы ничего не имеют и что возможность соглашения не исключена. А сам со своим войском, не спеша, продвигался к Замостью, где были сосредоточены польские войска и созданы поляками укрепления.
Обложив Замостье с находившимися в нем поляками, Хмельницкий не спешил развязать сражение, хотя у него и были все данные повторить в Замостье Пилявицы и двинуться дальше добивать поляков в самой Польше, где уже начались вспышки крестьянских восстаний против помещичьего гнета. Начали подниматься также Галиция и Белоруссия и там уже оперировали повстанческие отряды, которых поляки презрительно называли «бандами». Однако Хмельницкий не использовал конъюнктуру, после нескольких недель снял осаду Замостья, и, оставив гарнизоны на Волыни и Подолии, вернулся на Приднепровье.
В декабре 1648 года состоялся торжественный въезд Хмельницкого в Киев. Навстречу ему в сопровождении 1000 всадников выехал находившийся тогда в Киеве иерусалимский патриарх Паисий с киевским митрополитом Сильвестром Косовым. Состоялся ряд торжеств, на которых славили Хмельницкого как борца за православие, ученики Киевской Коллегии (основанной Петром Могилой) читали по-латыни вирши в честь Хмельницкого, во всех церквах звонили колокола, стреляли из пушек. Даже митрополит Сильвестр, ярый сторонник магнатов и ненавистник повстанцев, произнес большую речь с восхвалением повстанцев и Хмельницкого. Настроение народных масс было настолько определенно на стороне повстанцев, что митрополит не решился не только выступать против них, но даже и воздержаться от речи.
Народ тогда по всей Руси-Украине распевал новую песню, как «казаки загнали ляшку славу пид лаву» (скамью), всех поляков называл «пилявчиками» и непоколебимо верил в окончательное свержение польского ига и в воссоединение с единоверной Москвой.
Не задерживаясь долго в Киеве, Хмельницкий уехал в Переяслав и в течение всей зимы 48–49 года занимался административными и военными делами, имея контакт и с Польшей, и с Москвой. От первой к нему приезжали послы и уговаривали помириться; в Москву Хмельницкий слал письма и послов с просьбой о помощи и о согласии на воссоединение Украины с Москвой.
О причинах мало понятного ухода из-под Замостья и прекращения военных действий, когда были налицо все предпосылки для окончательного разгрома Польши, существуют разные мнения и версии.