Узнав от вернувшихся в Киев дружинников о таком неблаговидном поступке императора, Владимир решил проучить греков. Он пошёл в поход на город Херсонес (Корсунь) и после длительной осады взял его. Отсюда он потребовал от Византии: выполнить все ранее заключенные с Русью договоры; вывести войска из устья Дуная; заплатить дань воинам, которые помогали Василию Второму разгромить Варду Фоку; скрепить союз между Русью и Византией брачным союзом Владимира и принцессы Анны, сестры Василия Второго и внучки Константина Багрянородного. Требования Владимира были удовлетворены с одной поправкой: чтобы стать мужем Анны, он должен принять христианство. Владимир ответил, что готов креститься. Но истина состояла в том, что он согласился крестится для того, чтобы Русь, приняв христианство, стала равноправным членом тогдашнего цивилизованного мира, наиболее близким представителем которого была Византийская империя, а не в том, чтобы взять себе в жёны "порфирородную принцессу" Анну. Посланцам от императора Владимир сказал: "Скажите царям вашим так: я крещусь, ибо ещё прежде испытал закон ваш и люба мне вера аша и богослужение, о котором рассказали мне посланные нами мужи".
С трудом уговорили Анну ехать в Русь. Наконец она согласилась и приехала в Корсунь. Дальше летописец пишет следующее: "По божественному промыслу разболелся в то время Владимир глазами и не видел ничего, и скорбел сильно и не знал, что сделать и послала к нему царица сказать: "Если хочешь избавиться от болезни этой, то крестись поскорей; если же не крестишься, то не избудешь недуга своего". Услышав это, Владимир сказал: "Если вправду исполнится это, то поистине велик бог христианский". И повелел крестить себя. Епископ же Корсуньский с царицыными попами, огласив, крестил Владимира. И когда возложил руку на него, тот час же прозрел Владимир. Владимир же, ощутив своё внезапное исцеление, прославил Бога: "Теперь узнал я истинного Бога". Многие из дружинников, увидев это крестились. Крестился же он в церкви святого Василия". Потом Владимир обвенчался с царевною Анной.
Наконец собрался князь со своей молодой супругой в Киев. Взял с собою священников, мощи святого Климента, открытые ещё Кириллом и Мефодием, когда братья ходили к хазарам. Ещё взял Владимир из Корсуня иконы, церковные сосуды и разную церковную утварь. В Корсуне он поставил церковь на насыпной горе, что корсуньцы насыпали, похищая землю из насыпи руссов перед городскими стенами.
Вернувшись в Киев, Владимир "повелел опрокинуть идолы - одних изрубить, а другие сжечь. Перуна же приказал привязать к хвосту коня и волочить его с горы по Боричеву взвозу к Ручью и приставил 12 мужей колотить его жезлами. Делалось это не потому, что дерево что-нибудь чувствует, но для поругания беса, который обманывал людей в этом образе, чтобы принял он возмездие от людей. "Велик ты, Господи, и чудны дела Твои!" Затем послал Владимир по всему городу сказать: "Если не придёт кто завтра на реку - будь богатый или бедный, или нищий, или раб, - будет мне врагом". Услышав это, с радостью пошли люди, ликуя".
Утром Владимир вышел с священниками к реке Почайне. Множество народа собралось туда же. Стали входить киевляне в воду, многие с младенцами на руках. Священники же читали молитвы. Крестились киевляне и стали расходиться, каждый в свой дом. Владимир же радовался и молился: "Боже, сотворивший небо и землю! Дай узнать этим людям Тебя, истинного Бога. Утверди в них праведную веру. И мне помоги, Господи, побеждать всякое зло". Так произошло крещение киевского народа. Язычники, которые не хотели и смотреть на крещение, бежали в леса и степи. Открытое сопротивление введению христианства оказал Новгород, где язычество было значительно сильнее, чем в Киеве.
Для крещения новгородцев в 991 году в Новгород Великий был послан епископ Иоаким Корсунянин в сопровождении новгородского воеводы Добрыни. В помощь им была придана киевская дружина во главе с тысяцким князя Владимира Путятой. Узнав об этом, жители Новгорода разрушили мост через Волхов и взялись за оружие. Центром сопротивления стала Софийская сторона. Однако Путята с частью дружинников хитростью проник на Софийскую сторону и захватил предводителей восстания - новгородского тысяцкого Угоняя и языческого жреца Богомила Соловья. Но восставшие продолжали сопротивление. Только после того как тайком переправившийся через реку Добрыня с дружиной поджёг дома противников крещения, жители Новгорода покорились и приняли христианство. Новгородцы говорили, что "Путята крестил их мечом, а Добрыня - огнём". Русь далеко не сразу стала православной. Во многих районах введение христианства тянулось до 19 века. Проповедники часто ходили по этим краям, усердно учили Христовой вере и крестили убеждённых проповедью.
Первой заботой князя Владимира после крещения Руси было построение церквей и устройство иерархий. Он "повелел строить церкви и ставить по местам где стояли кумиры... и начал ставить по градам церкви и попов, и людей на крещение приводить по всем городам и сёлам". После освящения церкви Святой Богородицы в Киеве, князь Владимир дал следующий церковный устав: "Во имя Отца и Сына и Святого Духа. Вот я, князь великий Василий (крёстное имя Владимира), называемый Владимир, сын Святослава, внук Игоря и блаженной Ольги, воспринял святое крещение от греческих царей Константина и Василия и Фотия патриарха и взял первого митрополита Михаила на Киев и на всю землю Русскую
И за тем, годами минувшими, создал церковь святую Богородицы и дал десятину к ней по всей земле Русского княжения и от всякого суда десятый грош, а из торга десятую неделю и из домов на всякий год десятое всякого стада и всякого имущества.
И после того посмотрел в греческий номоканон и нашёл в нём, что не подобает этих судов судить и тяжб князю и боярам его, ни его судьям. И посоветовался я со своей княгиней Анной и со своими детьми и дал святой Богородице и митрополиту и всем епископам. А кто посягнёт на моё пожалование, с тем будет мне суд пред Богом, а митрополиту проклинать его собором. А вот митрополичьи люди церковные: игумен, игуменья, поп, попадья, попович, чернец, черница, дьякон, жена дьякона, просвирница, пономарь, вдова, калика, сторонник, задушный человек, прикладник, хромец, слепец, дяк и все причетники церковные. Если кто совершит преступление, то судить тех митрополиту и епископам, кроме мирян".
В честь того, что на содержание и украшение собора в честь Успения Божией Матери была определена одна десятая часть доходов, храм стал именоваться "Десятинной церковью". Были построены также церкви св. Василия Великого - имя которого было дано при крещении князю Владимиру, и св. Михаила Архангела - имя которого носил первый киевский митрополит.
Для своего храмового строительства Владимир выписывает греческих зодчих как наиболее искусных и прославленных во всём христианском мире. Эти зодчие приносят на Русь вполне сложившуюся систему крестово-купольного храма. Его основа - квадрат, расчленённый четырьмя столбами, причём примыкающие к подкупольному пространству прямоугольные ячейки образуют архитектурный крест. Это капитальное новшество, которым мы обязаны Византии. Так строится при Владимире древнейший каменный храм на Руси - Десятинная церковь, так будет строиться при Ярославе и София Киевская.