Крестьянско-казацкое войско очутилось в тяжелом положении. Польско-шляхетская армия с трех сторон окружила его лагерь, примыкавший к непроходимому болоту и р. Пляшивке. Началась 10-дневная осада. В отсутствие Б. Хмельницкого войска возглавили Ф. Джалалий, М. Гладкий, И. Богун и другие полковники. Осажденные отбивали атаки врага, проявляя исключительную храбрость и мужество. Выходом крестьянско-казацких полков из окружения руководил И. Богун. В ночь на 30 июня, соорудив из повозок, седел, тулупов, провиантских бочек переправу, через болото они вышли из окружения. Под Берестечком неувядаемой славой покрыл себя небольшой казацкий отряд, прикрывавший отступление крестьянско-казацких войск. Засев на небольшом острове, 300 казаков пали смертью героев в неравном бою. Их подвиг увековечил Т. Г. Шевченко в стихотворении «За байраком байрак».
Врагу не удалось разгромить главные силы крестьянско-казацкого войска. Потеряв почти весь обоз и часть пушек (28 из 115), казацкие полки с боями отступили к Днепру. Тем временем литовскому шляхетскому войску удалось прорваться на Украину со стороны Белоруссии. Небольшой казацкий отряд во главе с черниговским полковником М. Небабой, несмотря на героическое сопротивление, не смог сдержать натиск вражеских сил. В бою под Репками 26 июня М. Небаба погиб. 25 июля вражеские войска захватили Киев, разграбив город. Тогда же почти полностью сгорела наиболее заселенная часть города — Подол.
Военная неудача под Берестечком и захват врагом Киева не сломили воли украинского народа к борьбе за свое освобождение. В начале июля к крестьянско-казацким войскам, собиравшимся в районе Белой Церкви, прибыл Б. Хмельницкий и с присущей ему энергией принялся за организацию обороны Украины. Гетман верил в победу и призывал народ к борьбе против захватчиков. Все, кто был способен носить оружие, встали под знамена Б. Хмельницкого на защиту родины.
В это время русское правительство продолжало увеличивать размеры помощи Украине. Узнав о событиях под Берестечком и предвидя усиление потока переселенцев с Украины, оно дало воеводам указание об их расселении и всяческой поддержке.
В тяжелое время после поражения народные массы Украины проявили исключительное мужество и высокий боевой дух. Крестьянское движение охватило территорию между Днепром и Днестром. Особенно грозный характер оно приобрело в Брацлавском полку, когда во главе стал И. Богун. Повстанческие отряды вели упорные бои с врагами и изгоняли шляхту из имений. Они контролировали мосты, переправы, совершали нападения на шляхетские отряды, не пропускали обозы с продовольствием шляхетской армии, оказавшейся фактически в осаде украинских народных масс. Б. Хмельницкий прилагал колоссальные усилия для формирования новой армии. В конце августа она уже насчитывала более 50 тыс. человек и представляла собой внушительную военную силу.
Литовско-шляхетское войско, вынужденное оставить Киев, с большим трудом пробилось к Германовке и Паволочи на соединение с польской армией. Однако это не облегчило положения захватчиков. В первой половине сентября начались бои в районе Белой Церкви. Особенно ожесточенное сражение, в котором польско шляхетское войско понесло большие потери, произошло 14–15 сентября. Тогда же повстанцы овладели Паволочью и Фастовом. Польско-шляхетское командование предложило гетману начать переговоры о мире. Тяжелые потери в людях и вооружении, захват врагом значительной территории Украины, неподготовленность к военным действиям в зимних условиях вынудили Б. Хмельницкого согласиться с предложением польско-шляхетского командования. Начавшиеся переговоры завершились подписанием мирного договора в г. Белая Церковь 18 сентября 1651 г.
Согласно условиям Белоцерковского договора, численность реестрового казацкого войска сокращалась до 20 тыс. человек. Ему разрешалось дислоцироваться только в королевских имениях Киевского воеводства. Казаки, вписанные в реестр, но проживавшие в Брацлавском и Черниговском воеводствах, должны были переселиться в Киевское воеводство. В то же время польско-шляхетским войскам не разрешалось располагаться в городах Киевского воеводства. Для завершения составления реестра был назначен срок — конец 1651 г. Договор устанавливал также, чтобы в Киеве в реестр записывалось ограниченное количество казаков. Не вписанные в реестр казаки возвращались в подданство панам. Шляхта получила право на свободное владение имениями, восстановление своей власти над крестьянами. Боясь нового взрыва народного восстания, польские представители ввели пункт, запрещающий шляхте требовать от своих подданных выполнения повинностей до окончания составления реестра. Разрешалось только собирать налог с мельниц и шинков. По условиям Белоцерковского договора Б. Хмельницкий должен был непосредственно подчиняться коронному гетману и польскому королю. После его смерти король получал право назначать и смещать гетманов. Ограничивались права гетмана и в проведении независимой внешней политики. Б. Хмельницкому и его преемникам запрещалось поддерживать дипломатические отношения с другими государствами, в частности с Крымским ханством. Отдельным пунктом договора объявлялась амнистия украинской шляхте и киевским мещанам, принимавшим участие в восстании. Ряд пунктов закреплял за православной церковью давние права и привилегии. Чигиринское староство оставалось ранговым владением гетмана.