8 июля 1655 года в Померании высадились шведские войска. 29 августа они уже были в Варшаве. В эти же месяцы Б. Хмельницкий осадил неприступную крепость Каменец и совместно с московскими войсками разбил поляков под Городком. Это дало возможность в течение сентября — октября очистить от польских войск всю Галицию и почти месяц удерживать в осаде Львов. Более не надеясь на успех, король Ян Казимир бежал в Германию. Казалось бы, Польша была повержена. Но стратегическая ошибка правительства Алексея Михайловича неожиданно спасла ее. Царь, опасаясь дальнейшего усиления Швеции, без согласования с Б. Хмельницким, в конце 1655 года прекратил боевые действия против поляков, которые, лишившись короля, обещали ему избрание на престол в случае, если он развернет свою армию против шведских войск. Узнавший об этом гетман в письмах предупреждал царя о коварстве поляков. Тем не менее, в мае 1656 года российская сторона начала боевые действия против шведов в Прибалтике.
К лету 1656 года сложилась парадоксальная ситуация. Переяславское соглашение, по которому Б. Хмельницкий мог самостоятельно договариваться со всеми государствами, кроме Польши, Турции и Крыма, никто не отменял. Не нарушая его, украинский гетман в союзе со шведским королем Карлом Густавом и трансильванским князем Ю. Ракоци успешно воевал против остатков войск Речи Посполитой в Прикарпатье. Одновременно московские воеводы в союзе с польскими отрядами действовали против шведов в Прибалтике, а запорожские и донские казаки совместно боролись с татарско-турецкими силами под Азовом.
В такой запутанной ситуации в среде казацкой старшины зрело недовольство промосковской ориентацией гетмана. Поскольку царь, нарушив договоренность с Украиной, повернул московскую рать против шведов и заключил без согласования с гетманом военный союз с Польшей, ведущие полковники во главе с Иваном Выговским не считали себя более связанными договором с российской стороной.
Создавшаяся ситуация удручающе действовала на изнуренного десятилетней напряженной боевой жизнью гетмана. Он осознавал правоту И. Выговского и его единомышленников, но на открытый разрыв с Москвой идти не хотел, говоря: «Я крест царю целовал, и клятве не изменю, а как меня не станет, действуйте по своему усмотрению».
В январе 1656-го по предварительному соглашению с трансильванской и шведской сторонами Б. Хмельницкий направил в Польшу сильную армию под командованием киевского полковника А. Ждановича. В феврале уже больной гетман в Чигирине принимал послов германского императора Фердинанда III, пытавшихся уговорить его примириться с Польшей, однако переговоры ни к чему не привели. В апреле — мае 1656 года армия А. Ждановича овладела Люблином и Брестом, а 9 июня, вместе с войсками Ю. Ракоци, взяла Варшаву. Это можно было считать полной победой над грозным противником. Речь Посполитая лежала в руинах, а власть гетмана простиралась от Азовского моря до Вислы. Условия Переяславского соглашения не соблюдались ни московской, ни казацкой сторонами, и Б. Хмельницкого в Европе и Турции воспринимали как самостоятельного правителя, направляя к нему послов и заключая договоры. В июле 1656 года в Чигирин прибыл царский посол Василий Кикин, намереваясь склонить Б. Хмельницкого к миру с Польшей и с просьбой выдвинуть свои предложения для мирных переговоров. Гетман потребовал всю Малую Русь (Среднее Поднепровье), Подолию и Волынь до Западного Буга, однако эти условия были неприемлемы для польской шляхты. Московский царь также был недоволен требованиями гетмана.
Уже после смерти Б. Хмельницкого Алексей Михайлович понял, какую ошибку он совершил, досрочно прекратив войну с Речью Посполитой и вступив в войну со шведами, которая не принесла Москве ничего, кроме тяжелых потерь. Зато шанс получить Белоруссию и Литву был упущен.
Весной 1656 года состояние здоровья Богдана Хмельницкого заметно ухудшилось. Серьезно подкосила его и гибель старшего сына Тимоша. В апреле 1657 года казацкая рада приняла решение о передаче гетманской власти в случае смерти Б. Хмельницкого его сыну Юрию, однако мудрый Богдан был уверен, что Юрий не сможет удержать булаву. На этом фоне укреплялись позиции умного и расчетливого, тяготевшего к примирению с Польшей Ивана Выговского. Будущее Украины и близких гетмана становилось все более неопределенным…
Утром 27 июля 1657 года в гетманских палатах в Чигирине Богдан Хмельницкий скончался. Его торжественное погребение было назначено на 25 августа 1657 года, через месяц после кончины, чтобы в Чигирин успели прибыть представители всего Войска Запорожского отдать гетману последние почести. Народ с неподдельной скорбью провожал своего гетмана. В день похорон тело Богдана в сопровождении многотысячной процессии было перевезено в Ильинскую церковь в Суботове, и там погребено. Так ушел из жизни величайший воин, дипломат и политик.