С наступлением летних дней московское командование после многих хлопот собрало дворянское ополчение и довело численность армии до 30 тысяч человек. Сподвижник Скопина Валуев с шеститысячным войском освободил Можайск и прошел по Большой Смоленской дороге до Царева Займища. Тут он выстроил острог и стал ждать подхода главных сил.
Польский гетман Жолкевский воспользовался разделением сил противника и решил упредить наступление союзных войск к Смоленску. После упорного боя он потеснил Валуева и окружил его в острожке. Дмитрий Шуйский и Делагарди выступили на помощь Валуеву. К вечеру 23 июня их войска расположились на ночлег у села Клушина. На другой день союзники решили атаковать поляков и освободить из осады острожек Валуева, находившийся в 12 верстах.
Русская и шведская армии далеко превосходили по численности войско польское. Но Жолкевскому удалось пополнить свои силы за счет тушинцев. К нему присоединились Заруцкий с донцами и Иван Салтыков с ратниками. Гетман решил нанести союзникам неожиданный удар. Оставив пехоту у валуевского острожка, он сделал с конницей переход и 24 июня перед рассветом вышел к Клушину. Валуев мог в любой момент обрушиться на поляков с тыла. Но гетман не боялся риска.
Союзники знали о малочисленности противника и проявляли редкую беспечность. Они не позаботились выслать даже сторожевое охранение на Смоленскую дорогу. Шведский главнокомандующий Яков Делагарди весь вечер допоздна пировал в шатре у Дмитрия Шуйского и хвастливо обещал ему пленить гетмана.
Русские и шведы расположились на ночлег несколько поодаль друг от друга. В предрассветные часы, когда их лагеря еще были объяты сном, вдруг показались польские разъезды. Гетман застал союзников врасплох. Но атаковать их с ходу ему все же не удалось. В ночной тьме армия Жолкевского растянулась на узких лесных дорогах, пушки увязли в болоте. Прошло более часа, прежде чем польская конница подтянулась к месту боя.
Разбуженный лагерь союзников огласился криками и конским ржанием. Русские и шведы успели вооружиться. Оба войска выдвинулись вперед и заняли оборону, каждый впереди своего лагеря. Единственным прикрытием для пехоты служили длинные плетни, перегораживавшие крестьянское поле. Они мешали неприятельской кавалерии развернуться для атаки до тех пор, пока полякам не удалось проделать в них большие проходы.
На полях под Клушином, казалось, сошлись «двунадесять языцей». Слова команды, брань и проклятия звучали едва не на всех европейских языках — на русском, польском, шведском, немецком, литовском, татарском, английском, французском, финском, шотландском. Бой длился более четырех часов. Солнце поднялось над кромкой леса, и его лучи ярко осветили пригорок перед Клушином.
Эскадроны тяжеловооруженных польских гусар несколько раз атаковали русских. Уже был ранен передовой воевода Василий Бутурлин, дрогнул полк Андрея Голицына. Настало время ввести вдело главные силы, но Дмитрий Шуйский предпочел укрыться в своем лагере. Не получив помощи, ратники Голицына бросились бежать и рассыпались в ближнем лесу.
На правом фланге шведская пехота вела беглый огонь, отстреливаясь из-за плетня от наседавшей конницы противника. В разгар боя поляки подвезли две пушки и обстреляли пехоту. Наемники поспешно покинули ненадежное укрытие и отступили к своему лагерю. Часть солдат бежала к лесу. Боевые порядки союзников оказались расчлененными. Шведские командиры Делагарди и Горн покинули свою пехоту и с конным отрядом отступили в лагерь Шуйского.
Натиск польской кавалерии стал ослабевать, и союзники попытались перехватить инициативу. Отряд конных мушкетеров — англичан и французов — поскакал через клушинские поля навстречу врагу. Мушкетеры дали залп и повернули коней, чтобы пропустить вперед вторую шеренгу. Но поляки не дали им докончить перестроение и ударили на них с палашами. Мушкетеры смешались и бросились назад. На их плечах гусары ворвались в лагерь Шуйского. Пушкари и стрельцы не решились открыть огонь, опасаясь задеть своих. Промчавшись во весь опор через лагерь, гусары продолжали преследование, пока не устали их кони. На обратном пути лагерь встретил их выстрелами, и им пришлось пробираться окольной дорогой.
Князь Шуйский «устоял» в обозе. К нему присоединился Андрей Голицын с ратными людьми, которых удалось собрать в лесу. Более пяти тысяч стрельцов и ратных людей готовилось к последнему бою. При них находилось 18 полевых орудий. Дмитрий Шуйский сохранил достаточные силы для атаки, но он медлил и выжидал.
В сражении настала долгая пауза. Исход боя не определился окончательно. Польская конница понесла большие потери. и ей нужен был отдых. Гусары переломали свои копья и, спешившись, расположились за пригорком. Без пехоты гетман не мог атаковать русский лагерь, ощетинившийся жерлами орудий. Он подумал о том, что его коннице трудно будет добраться и до шведской пехоты, как вдруг ему доложили о появлении перебежчиков.
Наемные войска всегда отличались ненадежностью. Делагарди с трудом удерживал в повиновении свое разноязычное воинство. Накануне битвы солдаты едва не взбунтовались, требуя денег. Швед получил от царя огромную казну, но откладывал расчет, ожидая, что в бою его армия сильно поредеет. Жадность шведского главнокомандующего обернулась против него самого. В отсутствие Делагарди и Горна наемная армия подняла бунт. Оценив ситуацию, Жолкевский послал в шведский лагерь племянника для заключения договора. Первыми на сторону врага перешли французские наемники. Затем заколебался отряд немецких ландскнехтов, стоявший в резерве. Узнав о переговорах, Дмитрий Шуйский прислал к немцам Гаврилу Пушкина с обещанием неслыханного вознаграждения.
Спохватились наконец и шведские военачальники. Вернувшись в свой лагерь, они попытались прекратить мятеж. Но дело зашло слишком далеко. Пытаясь спасти шведскую армию от полного распада, Делагарди предал русских союзников. Посреди клушинского поля он съехался с Жолкевским, чтобы заключить с ним перемирие отдельно от русских. Тем временем половина его рот прошла мимо своего главнокомандующего и присоединилась к полякам. Делагарди бросился в свой обоз и стал раздавать шведам деньги, присланные ему накануне царем. Английские и французские наемники требовали своей доли и едва не перебили шведских командиров. Не получив денег, они разграбили повозки Делагарди, а затем бросились к русскому обозу и учинили там грабеж.
Шведская армия перестала существовать. Король Карл IX рвал на себе волосы, узнав о катастрофе. Распад союзной шведской армии роковым образом сказался на судьбе русских войск. Дмитрий Шуйский отдал приказ об отходе. Отступление превратилось в беспорядочное бегство. Ратники спешили укрыться в окрестных лесах. В полной панике князь Дмитрий гнал коня, пока не увяз в болоте. Бросив коня, трусливый воевода едва выбрался из трясины. В Можайск он явился без армии. С недоумением разглядывали встречные богато одетого всадника, который голыми пятками ударял в бока тощую крестьянскую клячу, пытаясь заставить ее прибавить ходу. Некоторые узнавали в нем царского брата и торопливо кланялись.
Не получив вестей от Дмитрия Шуйского, Валуев на третий день после сражения произвел вылазку из острога. Весть о гибели русской армии поколебала стойкость осажденных. Гетман прислал к Валуеву Ивана Салтыкова. Этот тушинец клятвенно обещал, что король снимет осаду со Смоленска и вернет русским все порубежные города, едва страна признает Владислава своим царем. Валуев поддался на уговоры и заявил о признании смоленского соглашения.
Гетман Жолкевский имел теперь под своими знаменами казаков Заруцкого и воинов Валуева — многотысячную русскую рать. Он рассчитывал склонить на свою сторону Яна Сапегу. Но наемники Сапеги, не получив от короля денег, ушли в Калугу к самозванцу.
Военное положение России ухудшалось со дня на день. Получив поддержку от Сапеги, Лжедмитрий возобновил наступление на Москву и занял Серпухов. Армия Жолкевского вступила в Вязьму и приблизилась к русской столице с запада.