Для остаточної перемоги над поляками потрібна була підтримка ззовні, і Хмельницький почав серйозно обмірковувати можливість переходу України під заступництво однієї з найсильніших сусідніх держав: Оттоманської імперії чи Росії. Та у православних українців ще надто жива була пам’ять про набіги «бусурман», тому об’єднання з Туреччиною було проблематичним. А от промосковські настрої були традиційно розповсюджені серед народу. Перемовини з Москвою велися довго, і в 1653 році на Земському соборі в Москві було прийнято рішення: «Все Військо Запорозьке з містечками та землями прийняти під государеву високу руку». 18 січня 1654 року в місті Переяславі відбулася рада, на якій козацька верхівка прийняла рішення іти «під владу царя східного, православного». Разом з Б. Хмельницьким козацька старшина присягнула на вірність московському государеві. А невдовзі в 117 містах України царські урядники прийняли таку ж присягу у 127 тисяч українців.
Переяславська Рада. Худ. М. Дерегус
Сторінка постанови Земського собору. 1653 р.
Польща не змирилася із втратою України. Король Ян Казимир кілька разів направляв до Б. Хмельницького послів з пропозицією розірвати союз і знову об’єднатися з Польщею. Але гетьман відповідав відмовою. Полякам нічого не лишалося, як укласти з московським царем мирний договір (Віленське перемир’я, 24 жовтня 1656 року), за яким Галичина та Волинь, всупереч очікуванням Хмельницького, залишилися за Польщею. Українську сторону до перемов навіть не допустили. Гетьман та козацькі полковники звинуватили царя у зраді і порушенні Переяславської угоди. Це був перший, та не єдиний конфлікт, що виник між союзниками.
Богдан Хмельницький помер 4 вересня (за іншими даними – 27 липня) 1657 року. Гетьмана поховали в церкві його родового маєтку Суботова. Але в 1664 році, коли Суботів захопив загін поляків на чолі із Стефаном Чарнецьким, заклятим ворогом гетьмана, домовина з його рештками зникла з церкви. За однією з версій, поляки спалили рештки, а попіл розвіяли, вистреливши з гармати. За іншою – козаки, аби захистити могилу Хмельницького від наруги, підмінили домовину та перезаховали останки гетьмана в одному з таємних підземель. Так чи інакше, але місце останнього спочинку Богдана Хмельницького досі лишається невідомим.
Після смерті Б. Хмельницького новим правителем України було вибрано генерального писаря Війська Запорозького Івана Виговського (помер у 1664 році).
Вибрання Виговського викликало невдоволення серед низового Війська Запорозького, якому не подобалася пропольська орієнтація нового гетьмана. Січовики вважали його нелегітимним правителем і підняли проти нього повстання. Керував ними полтавський полковник М. Пушкар. Щоб придушити повстання, І. Виговський не вигадав нічого кращого, ніж звернутися за допомогою до кримського хана. Війська гетьмана захопили центр повстання – Полтаву – та спалили її. Інші міста, які підтримували повстанців (Лубни, Гадяч та Глухів) було розграбовано, а Миргород віддано до рук його союзників – татар. У цих боях з обох боків полягло 15 тисяч українців. А якщо до цього додати ще невільників, яких татари забрали до Криму, то кількість жертв громадянського протистояння досягає 50 тисяч осіб!
Іван Виговський
Ще влітку 1658 року І. Виговський прийняв рішення про розрив союзу з Росією та підготовкою нової союзницької угоди з Польщею, яка була ним підписана того ж року в Гадячі. У її основу було покладено проект українського політичного діяча Юрія Немирича про конфедерацію Польщі, Великого князівства Литовського та України (Річ Посполита трьох націй). Її статті передбачали, що кожна із держав, що увійде до конфедерації, буде незалежною. Та як це часто буває, від висловлювання добрих намірів до їх втілення у життя дуже далеко. Запланованої конфедерації не вийшло: Польща знаходилася на межі повної військової поразки, а Росія навряд чи погодилася б на зміну статусу України. Запорожці також не схвалили пропольських намірів гетьмана. На військовій раді в місті Германівка на Київщині під час читання Гадяцьких статей серед них почалися заворушення.
Цікаво відзначити, що, ведучи перемовини з Польщею, І. Виговський в той самий час тричі присягав на вірність московському царю. І тільки після того, як у Москві дізналися про Гадяцький договір, до України було направлено 100-тисячне російське військо під командуванням князя А. Трубецького. Гетьманські сили нараховували 60 тисяч осіб, у тому числі 16 тисяч козаків, 30 тисяч татар і ногайців, а також близько 14 тисяч польських, молдавських, румунських та сербських найманців. 29 червня 1658 року загони Виговського атакували російський табір біля Сосновської переправи під Конотопом. Після короткого бою гетьман наказав відступати, імітуючи втечу. Кавалерія князя Пожарського кинулася наздоганяти козацькі загони і потрапила у заздалегідь підготовану пастку – із засідки на них накинулася легка татарська кіннота. Пожарський спробував відступити, та його важка кавалерія і гармати застрягли у «справжніх конотопах» – болотяній місцевості біля ріки. Так московське військо опинилося в оточенні. В результаті майже усю кавалерію було знищено. За словами відомого історика С. Соловйова, «цвіт московської кінноти, що відбув щасливі походи 1654 та 1655 років, загинув в один день, і вже ніколи після того цар московський не був у змозі вивести в поле таких блискучих військ».