События в Речи Посполитой послужили поводом к объявлению Турцией в октябре 1768 г. новой войны России. Весь штат русской миссии в Стамбуле был посажен в тюрьму – по традиции Порта так расправлялась с дипломатами страны, с которой воевала. В развязывании конфликта приняли непосредственное участие противники царского правительства в польском вопросе – Австрия и Франция, а также союзная Петербургу Пруссия, где дипломаты на протяжении всей войны, занимая внешне дружественную позицию по отношению к России, интриговали против нее. Султан, готовя армию к походу через Дунай, предварил его, как он обычно делал, набегом конницы крымского хана в южные пределы России. Это последнее в ее истории татарское вторжение было успешно отражено, после чего в схватку вступили главные силы. Широкомасштабные военные действия велись одновременно на нескольких фронтах и выявили превосходство России на суше и на море. В Молдавии и Валахии армия фельдмаршала П. А. Румянцева в 1770 г. одержала ряд громких побед (при урочище Рябая Могила, на реках Ларга и Кагул) и вышла к нижнему течению Дуная. Другая русская армия под командованием В. М. Долгорукого при взаимодействии с Азовской флотилией А. Н. Сенявина заняла в 1771 г. Крым. В Средиземное море, в Архипелаг, были направлены балтийские эскадры, перед которыми стояла задача оттянуть турецкие войска с главного, Дунайского, театра войны и вызвать выступление греков против Турции. В Европе широко обсуждалась блестящая победа эскадры под общим командованием Л. Г. Орлова в Чесменской бухте (1770 г.) у берегов Малой Азии, когда турецкий флот был уничтожен, а оставшиеся у султана корабли оказались блокированы в Черном море.
Порта стала склоняться к заключению перемирия, но это не устраивало Вену и Париж, заинтересованных в создании максимально возможных осложнений для России. Чтобы заставить Турцию продолжить войну, Австрия заключила с ней секретную конвенцию, по которой обязалась добиться и дипломатическими, и военными способами возвращения туркам всех крепостей и земель, занятых русскими войсками. За эти услуги султан согласился вознаградить Австрию денежной субсидией и передать ей Малую Валахию. В виде аванса турки уплатили австрийцам 3 млн пиастров. Вена не выполнила своих обязательств: летом 1772 г. Австрия, Россия и Пруссия договорились об условиях раздела Речи Посполитой и послевоенных приобретениях России. Впрочем, это не помешало австрийцам не только не возвратить туркам полученных денег, но и под видом «остатка» компенсации по заключенной конвенции получить от них область Буковину, входившую тогда в состав Молдавского княжества. Не дождавшись рассчитываемой поддержки, Порта согласилась на мирные переговоры. Но на конгрессах в Фокшанах и в Бухаресте (июль 1772 – март 1773 гг.) турки, ободряемые теперь, главным образом, французскими дипломатами, отказались принять требования России. Военные действия возобновились, и весной 1774 г. армия Румянцева форсировала Дунай и вступила в Болгарию. У Козлуджи корпус А. В. Суворова разгромил армию великого визиря, открыв основным силам путь на Стамбул.
21 июля 1774 г. в болгарском селении Кючук-Кайнарджи в ставке русского главнокомандующего турецкие уполномоченные подписали мирный договор, приняв все русские требования. Важнейшие положения договора сводились к следующему: Крым и сопредельные татарские области становились независимыми от Турции; к России переходили территория днепровско-бугского лимана и приазовские земли до реки Ея; Черное море и проливы открывались для русского торгового мореплавания. В 1778 г. в устье Днепра был заложен новый порт Херсон, на верфях которого началось строительство русского Черноморского флота. Статья Кючук-Кайнарджийского договора о независимости Крыма облегчила в 1783 г. присоединение его к России. Тем самым был положен конец крымской агрессии, которая три столетия угрожала спокойствию и территориальной целостности страны. В то же время соотношение сил в районе Черного моря радикально изменилось в пользу российского государства.