Зберігся щоденник ради, писаний московськими послами, з якого дізнаємось, як вона проходила. О другій годині дня вдарили барабани, що скликали козаків та мешканців міста на раду. Сюди ж прибув гетьман разом із 13 полковниками, представниками генеральної та полкової старшини. На майдані зібралось коло, де під бунчуком стояла старшина на чолі з гетьманом. Згодом Богдан вийшов на середину кола, і військовий осавул звелів усім зберігати мовчанку, адже зараз гетьман буде звертатись із промовою. Богдан охарактеризував становище козацьких земель після шестирічної кровопролитної війни, згадав про перемоги та поразки і розповів люду, що Земський собор погодився прийняти Україну до складу Московської держави. Аргументом на користь вибору Московської держави в ролі зверхника Богдан назвав православну віру московитів. На завершення сказав: «А буде хто з нами не згодний, куди хоче вільна дорога». У відповідь на ці слова гетьмана присутні заявили: «Волимо під царя східного, православного». Тоді переяславський полковник П. Тетеря обійшов по колу всіх присутніх і запитав: «Усі ви цього бажаєте?» Відповідь була одностайною: «Усі одностайно!» Знову взяв слово Б. Хмельницький: «Нехай буде так! Хай Господь Бог дає нам сили бути під царською міцною рукою!» У відповідь усі присутні на раді одностайно прокричали: «Боже, зміцни, Боже, утверди, щоб на віки вічні разом були!» Після цього гетьман повідомив посла Бутурліна про рішення.
Так відбулася Переяславська рада. Щоправда, у ній брали участь козаки не всіх полків України і вона мала представників не всіх соціальних верств і регіонів українських земель. По-перше, участь у раді взяли 200 представників старшин та козаків Війська Запорозького. По-друге, на раді не були представлені лише три полки (Уманський, Паволоцький, Кальницький, козаки котрих мали охороняти південний кордон). По-третє, у схваленні рішень ради не брали участі представники населення Волинського, Подільського, Руського, Белзького воєводств. І по-четверте, на раду також не було запрошено представників ні духівництва, ні міщан, ні селян. Тому, по суті, рішення про підданство під руку московського государя було прийнято розширеною козацькою радою.
Після ради настав час їхати до церкви, щоб присягнути на рішенні ради. До карети разом посідали гетьман і московські посли. У церкві їх зустріли протопіп Григорій, а також прислані московським урядом для цієї церемонії казанський преображенський архімандрит Прохор і протопіп Андрій. У церкві стався правовий казус, який міг зірвати укладання україно-московського союзу. Хмельницький став вимагати від московських представників присяги від імені царя в тому, що будуть збережені права та вільності козацтва. Адже козаки звикли, що король польський у своїх універсалах і указах особисто підтверджував їхні права та привілеї. На що бояри відповідали, що це суперечить самодержавним московським традиціям: царі своїм підданим не присягають, такої традиції у Московській державі немає і бути не може. У цій критичній ситуації гетьман зібрав раду старшини для вирішення питання — а що ж робити тепер? І тільки тоді, коли московські посли заявили, що всі права і вільності Війська Запорозького будуть підтверджені окремими грамотами, Хмельницький і старшина повернулись до церкви і склали присягу на вірність московському цареві-государю, «щоб перебувати із землями та містами під государевою високою рукою на віки вічні».
Після присяги гетьман з послами поїхали до їхнього помешкання. Прибувши туди, боярин Бутурлін вручив Хмельницькому передані царем клейноди: знамено, булаву, ферязь і шапку, а також платню йому і старшинам. Опісля гетьман пішов до свого двору, а посли залишились у себе.
Далеко не всі козаки, духівництво та міщани хотіли присягати на вірність козацько-московському союзу. Не хотів присягати полковник Богун. Частина міщан Переяслава, Києва та Чорнобиля присягнула лише під тиском козаків. Траплялися випадки незадоволення рішенням ради серед козаків і старшини Уманського, Брацлавського, Полтавського та Кропивницького полків. Відомо також, що митрополит Київський Сильвестр Косів та архімандрит Києво-Печерського монастиря Йосиф Тризна відмовлялися 17—19 січня 1654 р. послати представників присягнути на вірність царю. Відмовлялося духівництво присягати під тим приводом, що не має на це дозволу Константинопольського патріарха. Загалом же на другу половину лютого 1654 р. було завершено прийняття присяги населенням 17 полків. За відомостями записних книг, її склали 127 338 осіб, із них козаків — 64 659, решту становили міщани, до яких було віднесено й мешканців сіл. Але при аналізуванні записних книг помітно, що присягли також мешканці не всіх населених пунктів, а лише тих, список яких подав Бутурліну Хмельницький. Там проживали козаки, які, імовірно, підлягали безпосередньо козацькій адміністрації (міста й вільні військові села).