Во время этой шведской интерлюдии внимание Москвы было приковано к Украине, где после смерти Богдана Хмельницкого в 1657 году его наследники безуспешно пытались распутать клубок внутренних и внешних конфликтов, раздиравших эти земли. Иван Выговский, ближайший советник Хмельницкого и его преемник, видя, что царь Алексей куда больше заинтересован в Литве и польском троне, чем в Украине, принял решение заключить союз с Крымским ханством и поляками. В 1659 году Выговский и его крымские союзники разгромили под Конотопом три русские армии и крупный отряд казаков, оставшихся верными Переяславскому договору. Благодаря этой победе крымцы смогли с запада обойти Белгородскую засечную черту и разорить южное пограничье России [Кушнерев, Пирогов 1892, I: 375–376; Новосельский 1994: 60–68].
В Украине разразилась опустошительная гражданская война. Сменявшие друг друга гетманы пытались объединить раздираемое внутренними конфликтами казачество, обращаясь за поддержкой то к русскому царю, то к польскому королю, то к крымскому хану и подвигая их тем самым к соперничеству. В 1659 году казаки сами сместили Выговского, передав гетманскую булаву сыну Богдана Хмельницкого Юрию. Однако, когда Москва, пытаясь восстановить свою власть над Гетманщиной, послала ему на помощь войска, поляки, заключив в 1660 году мир со шведами, высвободили часть своей армии, воевавшей на севере, и вновь вторглись в Украину вместе со своими союзниками-татарами. Юрий Хмельницкий, потерпев поражение в бою, перешел на сторону Речи Посполитой. В том же 1660 году в битве под Чудновым русские войска были разгромлены объединенными польско-крымскими силами [Баиов 1909: 154–157; Новосельский 1994: 70–71]. К тому времени за союз с Москвой выступали преимущественно левобережные казаки, в то время как Правобережная Украина сохраняла верность польской короне. Юрий Хмельницкий и сменивший его в качестве гетмана Правобережья Павел Тетеря пытались, в том числе и с помощью крымских татар, объединить Левобережную и Правобережную Украины под протекторатом польского короля. Им противостоял избранный в 1663 году гетманом Левобережья Иван Брюховецкий, которому помогали русские войска. Все это время татары продолжали совершать набеги на южное приграничье Русского государства. Несмотря на то что и Россия, и Польша были вымотаны бесконечной и не приносящей успеха ни одной из сторон войной, боевой задор, особенно у казаков, все еще не иссяк. В 1665 году Брюховецкий заключил с царским правительством новый договор, существенно ограничивший автономию Гетманщины. В свою очередь, Петр Дорошенко, избранный в 1666 году гетманом Правобережной Украины, в начале своего правления принес присягу польскому королю, однако вскоре попытался изгнать поляков из земель к юго-западу от Киева, заключив союз с могущественной державой: он не только вступил в коалицию с Крымским ханством, но и объявил себя вассалом турецкого султана, который прислал ему в подмогу янычар.
Угроза вступления в войну Османской империи, наконец, подтолкнула Речь Посполитую и Русское государство к заключению мира. Когда в 1658 году на белорусско-литовском фронте возобновились боевые действия, военная удача сразу же отвернулась от Москвы. Против русских армий, делавших ставку на фуражировку, была развязана партизанская война [Бобровский 1885: 114; Новосельский 1994: 75, 77 и далее]. Польская тяжелая кавалерия наносила большой ущерб русским силам, особенно пехоте, не защищенной укреплениями. Так, например, в битве под Полонкой события развивались таким образом, что солдаты и стрельцы князя Хованского остались без поддержки со стороны рейтаров: в результате польские гусары практически уничтожили беззащитную русскую пехоту. Войска Алексея Михайловича начали отступать на восток, остановившись только у Могилева в 1662 году. К тому моменту ни Москва, ни Польша уже не имели ни сил, ни воли для того, чтобы продолжать эту войну. Разоренная Речь Посполитая больше не могла платить своим наемникам, а русская армия, жалованье в которой выплачивалось обесцененными медными деньгами, была близка к развалу. В 1664 году польско-литовским силам ненадолго удалось загнать русских обратно на их собственные земли под Псковом, однако эта успешная для поляков кампания не имела продолжения из-за разразившейся в 1665–1666 годах в Речи Посполитой гражданской войны, а также из-за угрозы турецкого нападения с юга.