Зная о разногласиях среди панов, Хмельницкий летом 1648 г. завязал переговоры с польским правительством. К этому времени, однако, перевес получили сторонники беспощадного подавления восстания, и в Польше была спешно сформирована 40-тысячная армия, возглавленная магнатами Д. Заславским, Н. Остророгом и А. Конецпольским. Иронизируя над изнеженностью Заславского, неопытностью молодого Конецпольского и ученостью Остророга, Богдан Хмельницкий называл этот польский «триумвират» — «перина, дытына и латына».
Польско-шляхетская и крестьянско-казацкая армии встретились под Пилявцами, неподалеку от Староконстантинова (Южная Волынь). Сражение распалось на ряд схваток и длилось несколько дней. Решающей была битва 13 сентября 1648 г., которая закончилась полным разгромом польско-шляхетских войск. Украинская армия захватила богатые трофеи. Остатки неприятельских войск искали спасения в паническом бегстве («пилявчики», как презрительно прозвал народ бежавших с поля шляхтичей, преодолели за три дня бегства 300 верст). Победа под Пилявцами способствовала развертыванию освободительного движения в Западной Украине, на Волыни, а также в Белоруссии, где восставшие овладели такими крупными центрами, как Туров, Мозырь, Гомель, Бобруйск, Брест. Вместе с белорусским народом боролись пришедшие с Украины отряды казаков под руководством Антона Небабы, Михненко, Кривошапки и др. Однако борьба в Белоруссии протекала менее организованно, чем на Украине. Это дало возможность польским войскам захватить героически защищавшийся Пинск, а в начале 1649 г. овладеть Туровом, Мозырем и Бобруйском.
Несмотря на эти неудачи, борьба белорусского народа способствовала успехам освободительной войны на Украине. Восставшие белорусы сковали значительные силы Речи Посполитой и тем самым обезопасили фланг и тылы украинской народной армии в тот момент, когда она продвинулась далеко на запад.
Преследуя отступающего противника, народно-освободительная армия к концу сентября 1648 г. подошла к стенам Львова, а потом и Замостья. Приближение украинской армии к собственно польским землям сопровождалось подъемом антифеодального крестьянско-плебейского движения в самой Польше. Потерпев ряд тяжелых поражений, многие польские феодалы стали склоняться к заключению перемирия.
В то же время и в украинском войске, осаждавшем Замостье, создалось трудное положение. К ноябрю 1648 г. начал ощущаться недостаток продовольствия и боеприпасов, распространилась эпидемия чумы. Поэтому Хмельницкий согласился начать мирные переговоры. Отпустив по домам основную массу повстанцев, гетман в декабре прибыл в Киев, где был торжественно встречен населением.
Хмельницкий понимал, что перемирие не может быть прочным и длительным. Зимой гетман энергично готовился к возобновлению военных действий. В январе 1649 г. он направил в Москву посольство Мужиловского с просьбой о принятии Украины в состав Русского государства и с предложением совместных военных действий против Речи Посполитой. Русское правительство на этом этапе борьбы украинского народа не возражало против участия в ней «государевых людей» — донских казаков. Оно стало открыто принимать украинских переселенцев на порубежные территории. Царское правительство оказало значительную дипломатическую помощь Хмельницкому не только самим фактом его признания, но и защитой интересов Украины при переговорах с Крымским ханством и Польшей.
Попытки польского правительства (в феврале 1649 г.) склонить Хмельницкого на свою сторону не дали результатов, и военные действия возобновились. В сражении под Зборовом польское войско потерпело поражение. Однако Хмельницкий не мог воспользоваться результатами этой победы, так как вероломное посредничество крымского хана навязало ему маловыгодный Зборовский договор с Речью Посполитой.
По этому договору, заключенному 8 августа 1649 г., власть польских феодалов в Киевском, Черниговском и Брацлавском воеводствах ограничивалась: административные посты в них могли занимать только представители украинской шляхты, казацкой старшины и мещан. Число реестровых казаков было доведено до 40 тыс. Временными уступками украинской старшине польские паны надеялись расколоть восставших и тем самым подготовить условия для полного восстановления своей власти над Украиной.