Так между Польшей и Литвой началась Луцкая война 1431 года. 25 июня Ягайло с польско-шляхетской армии выступил из Перемышля в поход на волынские земли и вскоре расположился на берегу Буга, на то время служившей границей между Литвой и Польшей. Свидригайло не был готов к началу войны с Польшей. Узнав о вторжении на Волынь, он призвал своих союзников, немецких рыцарей-крестоносцев, напасть на польские земли, а сам с русько-литовским войском двинулся к Бугу. При приближении противника литовские отряды оставили и сожгли Збараж и Владимир-Волынский. Ягайло не разделял воинственности поляков и поэтому не спешил с вторжением в глубь литовской территории. Король призвал Свидригайло к заключению мира и вассальной покорности, но получил отказ. Тогда Ягайло во главе польской армии двинулся из Городно на Владимир, брошенный и сожженный литовцами, занял город и пожаловал Владимиро-Волынское княжество своему двоюродному брату Федору Любартовичу, а его четырём сыновьям назначил уделы.
31 июля на реке Стырь, в окрестностях Луцка, произошло сражение. Поляки легко разбили и оттеснили небольшие русько-литовские отряды, охранявшие переправы через реку. Тогда Свидригайло с главными силами армии отступил из Луцка за реку Горынь, а оборонять город оставил четырёхтысячный гарнизон под руководством талантливого полководца Юрши. Польские войска под командованием Ягайло взяли Луцк в осаду. Защитники подожгли город и укрылись с местными жителями в Верхнем замке. Поляки обстреляли его из пушек, а 13 августа предприняли первый штурм, который закончился неудачей. Луцкий воевода вступил в переговоры с королём Ягайло и добился перемирия, во время которого восстановил городские укрепления. Безуспешная осада Луцка затянулась.
Между тем боевые стычки проходили и в соседних с Волынью землях. Русько-литовские отряды вторглись в бельзскую землю, где захватили и сожгли Бужск. Шеститысячное польское войско, выступившее из Владимира, рассеяло и изгнало литовцев из коронных земель. Затем польское войско осадило пограничную крепость Олесько. Обороной крепости руководил галицкий магнат Богдан Рогатинский, перешедший на службу к Свидригайло. По приказу короля все поместья Рогатинского были конфискованы. Поляки, потерпев неудачу во время осады, попытались войти в переговоры с Богданом, который согласился сдать крепость, если сдастся Луцк. Русько-литовские дружины разоряли холмскую землю, взяли и сожгли город Ратно, который сдали сами горожане, но их приструнил польский гарнизон из Холма. Князь Михаил Семёнович Ольшанский, воевода кременецкий, отбил польские хоругви у города Кременца. По просьбе Свидригайло в войну против Польши вступил молдавский господарь Александр Добрый (1400–1432), напав на южные польские владения и разорив Подолию, Покутье и Галицкую землю. Ягайло отправил против Александра коронное войско под предводительством братьев Михаила и Фридриха Бучацких, которые разбили Александра в битве около Каменца.
26 августа король Ягайло в лагере польской армии под Луцком подписал с великим князем перемирие на два года: Свидригайло сохранил в составе Великого княжества Литовского Восточную Подолию (города Брацлав и Винницу) и Волынь. Польский король сохранил Западную Подолию вместе с городами Каменец, Смотрич, Бакота, Скала и Червоноград и прилегающими к ним округами. В итоге польское правительство вынуждено было согласиться с фактической независимостью Великого княжества Литовского.
В 1432 году Свидригайло был свергнут с трона Сигизмундом Кейстутовичем. Однако получив поддержку части православных князей, в Полоцке он был посажен на «великое княжение руськое». Началась гражданская война. В решающей битве у г. Святой (около Вилькомира) в 1435 году Свидригайло потерпел поражение. По историческому значению современники сравнивали эту битву с Грюнвальдской. Войска Свидригайло были наголову разбиты, самому князю пришлось спасаться бегством. Как следствие, православные сановники резко потеряли свои позиции. Украинские замки заняли польские гарнизоны, магнаты-католики получили за службу земли побежденных, усилился отток людей к Дикому Полю и так далее. Все это дает основания утверждать, что именно эта битва почти через два века привела к выступлению Богдана Хмельницкого. Такими же неудачными для Свидригайло оказались военные столкновения 1437-го и 1440 годов. Это ослабило его силы, но на некоторое время он сохранил власть на руських землях Великого княжества Литовского с титулом великого князя Руського. С 1438 года у него сохранилась только Волынь, Восточное Подолье и Киевское княжество. В 1440-м от рук заговорщиков, возглавляемых волынскими князьями Иваном и Александром Чарторыйскими погиб князь Сигизмунд, а великокняжеский престол занял Казимир, младший сын Ягайло. Свидригайло, владея Волынью, умер в Луцке в 1452 году.