Магнаты и шляхта прибыли под Пилявцы со всем своим имуществом, которое им удалось захватить с собой, спасаясь от восставшего народа. Одних только возов, доверху нагруженных разным шляхетским добром, современники насчитывали около 100 тысяч.
Коронным войском руководили три назначенных сеймом военачальника. Это были магнаты Д. Заславский, известный в шляхетских кругах своей изнеженностью и пристрастием к роскоши, Н. Остророг, считавшийся знатоком латыни (а не военного дела), и молодой королевский хорунжий А. Конецпольский. Намекая на сомнительные воинские качества польских военачальников, Хмельницкий иронически называл Заславского «периною», Остророга — «латыною», а Конецпольского — «дытыною».
Оба войска разделяла р. Пилявка, через которую пролегала плотина, занятая казацким отрядом. Расположившись на выгодных позициях на правом берегу реки, Хмельницкий укрепил их шанцами и возами, поставленными в шесть рядов. Вблизи главного казацкого лагеря стояли отряды Максима Кривоноса.
8 сентября начались стычки передовых частей. Враг стремился овладеть плотиной. Изучив обстановку, Хмельницкий решил заманить часть коронного войска на правый берег, что разделило бы силы врага. С этой целью казаки 11 сентября покинули плотину, через которую тотчас же перешло несколько польских полков, в том числе Киевский и Сандомирский. Они захватили на правом берегу плацдарм, отделенный от главного казацкого лагеря небольшим пространством, изрытым глубокими оврагами.
Через два дня, на рассвете 13 сентября, Хмельницкий начал наступление на плацдарм. Не выдержав удара казаков, поляки устремились к плотине. В это время по плотине ударила казацкая артиллерия. Тщетно польские военачальники пытались удержать плацдарм с помощью новых отрядов. Последние наталкивались на отступавших через плотину жолнеров. Образовалась страшная давка. Одни польские отряды напирали на другие. Польский очевидец писал: «Когда большой отряд гусар подошел к плотине, то из-за невозможной тесноты гусары… даже пик своих не могли поднять, пришлось им бестолку бороздить пиками землю, а знаменами заметать грязь, которой здесь было хоть отбавляй».
В этот критический для польско-шляхетского войска момент на него внезапно напали с тыла отряды Кривоноса, незаметно переправившиеся на левый берег. Одновременно главные силы Богдана Хмельницкого, которые уже покончили с польским плацдармом на правом берегу, устремились через реку на польско-шляхетское войско. Во вражеском лагере началась паника. Чтобы спастись от окончательного разгрома, польские военачальники решили начать отступление к Староконстантинову. Но отступление превратилось в беспорядочное бегство. Шляхта бежала, как писал польский современник, бросив все и «вверив свою жизнь одним только ногам». Бегство было столь стремительным, что некоторые из беглецов за трое суток очутились во Львове (около 300 километров от Пилявцев).
Преследуя убегавшего противника, украинское войско подошло к Львову и 26 сентября начало осаду города. Продвижение казаков вглубь Западной Украины было поддержано массовым общенародным движением против польско-шляхетского режима на территории всей Украины вплоть до Галиции и Буковины. Поддержал это движение и братский белорусский народ, выступивший против гнета польских и литовских феодалов и совместно с украинским народом боровшийся за воссоединение с Россией.
Простояв около трех недель под Львовом и получив от осажденных крупную контрибуцию для оплаты татар, Богдан Хмельницкий снял 16 октября осаду города и двинулся к Замостью. 27 октября началась осада Замостья.
Между тем еще летом 1648 года в Польше открылся сейм, который должен был избрать нового короля. Варшаву заполнили шумные толпы вооруженной шляхты, прибывшей на зов своих патронов — магнатов и готовой силой оружия поддержать ту кандидатуру, на которую ей укажут. За трон боролись две группировки. Польские магнаты Восточной Украины во главе с Иеремией Вишневецким стремились посадить на престол брата умершего короля — епископа Карла, тесно связанного с магнатами и католической церковью. Шляхта Центральной Польши, поддерживавшая королевскую группировку, выдвинула кандидатуру другого брата Владислава IV — Яна Казимира. Богдан Хмельницкий с большим искусством использовал противоречия между этими двумя группировками. Через своих уполномоченных он сносился с сеймом и с Яном Казимиром, давая понять, что готов заключить мир на весьма умеренных условиях. Расчет его оказался правильным. Магнатская группировка, стоявшая за немедленное продолжение войны и дорогостоящие военные приготовления, оказалась в меньшинстве. 7 ноября королем был избран Ян Казимир.