Ободренные победой поляки двинулись на Москву, но застряли под небольшой крепостью Белой в 130 верстах к северо-западу от Смоленска. Ее гарнизон сопротивлялся так отчаянно, что великий канцлер литовский Станислав Радзивилл предложил переименовать крепость из Белой в Красную. Положение изменилось: теперь уже в польской армии начался голод, и сам король, как писали современники, «половину курицы съедал за обедом, а другую половину откладывал до ужина». Вдобавок Османская империя, решив извлечь из ситуации свою выгоду, двинула на Польшу большую армию под командованием Аббас-паши. Владислав IV отправил в Москву гонцов с предложением заключить мир. В марте 1634 года в селе Полянове близ Вязьмы в нескольких километрах от ставки Владислава русские послы Федор Иванович Шереметев и Алексей Михайлович Львов встретились с польским послом, епископом Хелмским Якубом Жадником. Поляки начали с обвинений, утверждая, что русские нарушили Деулинское перемирие, послав войско Шеина под Смоленск. Русские послы в ответ потребовали, чтобы Владислав отказался от титула московского государя, угрожая в противном случае прервать переговоры. «У нас, — говорили они, — у всех людей великих российских государств начальное и главное дело государское честь оберегать, и за государя все мы до одного человека умереть готовы».
Тогда поляки согласились с тем, что Владислав откажется от московского престола, но потребовали за это ежегодно выплачивать им сто тысяч рублей. Московские послы отвечали: «Мы вам отказываем, чтоб нам о таких запросах с вами вперед не говорить. Несбыточное то дело, что нам такие запросы вам давать, чего никогда не бывало и вперед не будет, за то нам, всем людям Московского государства, стоять и головы свои положить». После этого поляки умерили требования, согласились обойтись без денег и признали Михаила Федоровича законным правителем. Правда, выразили протест против упоминания в договоре его титула «царь всея Руси», указывая, что «Русь и в Московском, и в Польском государстве есть». Им возразили: «Этого начинать непригоже: ваша Малая Русь, которая принадлежит к Польше и Литве, к тому царского величества именованью всея Руси нейдет, и применять вам этой своей Руси ко всея Руси нечего».
В итоге 17 мая 1634 года был подписан «вечный» Поляновский мир, по которому польский король отказывался от прав на русский престол, но оставлял за собой Смоленск, Чернигов, Стародуб и другие захваченные в годы Смуты города, включая героическую крепость Белую. Был подписан и секретный протокол, по которому Москва уплачивала лично Владиславу IV, вечно нуждавшемуся в деньгах, 20 тысяч рублей. Этот мирный договор был явно невыгоден Руси, которая имела шанс, воспользовавшись нападением турок на рубежи Речи Посполитой, обернуть ситуацию в свою пользу и вернуть по меньшей мере часть потерянных земель. Сыграла свою роль боязнь решительных действий, характерная для правительства Михаила Федоровича. Единственным, кто их требовал, был отец царя, патриарх Филарет, который скончался в разгар войны, после чего отстаивать «твердую линию» стало фактически некому.
Трагический исход Смоленской войны во многом решило вмешательство крымско-татарского войска. Стало ясно, что никакие усилия, направленные на освобождение исконно русских земель от польско-литовской оккупации, не дадут результата, пока не будет нейтрализована опасность с юга.
И в Москве, и в Варшаве понимали, что при наличии острых противоречий между двумя странами «вечный мир» продержится недолго. Так и случилось, и на этот раз причиной войны стала Юго-Западная Русь, будущая Украина, где нарастали противоречия между местным православным населением и польскими властями. К тому времени польские и окатоличенные русские магнаты закрепостили большую часть крестьян, обложив их многочисленными повинностями. Французский инженер Гийом де Боплан, посетивший эти земли, отметил, что крестьяне там чрезвычайно бедны, они вынуждены отдавать своему пану всё, что тот захочет; их положение «хуже, чем положение галерных невольников». Положение усугублялось экспансией католической церкви, всеми способами принуждавшей местных жителей переходить в католичество или в униатство — отдельную ветвь Римской церкви, возникшую после Брестской унии 1596 года.