Двадцять другого серпня 1620 р. польське військо вирушило в похід на столицю Молдови — м. Ясси. Разом із польською кіннотою Богдан зробив успішний рейд. Уранці 8 вересня розпочалася запекла битва, у якій сторони були нарівні. Під час бою наступного дня молдавський господар зрадив польських союзників, перейшов на бік супротивника, внаслідок чого польське військо зазнало поразки. Цілком можливо, що в цей день загинув і Михайло Хмельницький. Згодом, як згадував Богдан, «батько голову свою поклав на Цецорі». Невдача викликала панічні настрої в польському таборі. Підпал наметів і возів, поширення чутки про втечу гетьманів зірвали організовану переправу через Прут. Мало хто залишився живим, а ті, кому пощастило, потрапили до татарського полону. Серед них був і Богдан Хмельницький.
За повідомленням турецького літописця Наїма Челебі, він перебував у неволі в одного зі старшин султанського флоту (цей старшина проживав у кварталі Касим-паші). Як згадував потім Богдан, він терпів «два роки суворого ув’язнення». Перебуваючи в столиці, Хмельницький мав змогу познайомитися з побутом турків і військовими силами Туреччини. Тут він завів деякі особисті знайомства, котрі потім вміло використовував у переговорах з Портою. Згодом один із султанських радників, Бектеш-ага, підтримував тісний зв’язок із Хмельницьким.
Після двох років полону Богдан повернувся додому. За однією версією, Богдана з неволі викупила мати, за іншою — запорожці обміняли його на турецьких бранців, «вдячно згадуючи батька». При цьому існує й третя версія, яку чомусь не беруть до уваги. Богдана міг викупити чи обміняти Ян Данилович, у якого служив його батько. Адже саме в Олеському замку, власності Яна, бранцем був знатний турок Абдрахман. Не розглядають цю версію, мабуть, тому, що в історичних дослідженнях щодо Яна Даниловича трапилась помилка: начебто він прагнув викупити за 500 червоних золотих або обміняти Михайла Хмельницького. Але ж той, як згадував Богдан, в полоні не був, до нього просто не дожив, загинувши в битві.
Повернувшись до рідної домівки, Богдан займався господарством, а також почав військову службу як реєстровий козак Чигиринського полку. Будучи сином загиблого в бою чигиринського підстарости, Хмель міг обійняти якусь із посад в адміністрації Чигиринського староства. Але вирішив за краще козакувати.
Про початки цієї служби мало відомо. Є інформація, що Хмельницький деякий час перебував на Запоріжжі й доволі швидко від простого козака вислужився до сотника чи отамана.
Того часу Богдан не міг не відчути наростання невдоволення козацьких мас політикою панівних кіл Речі Посполитої, намаганням магнатів і шляхти звести нанівець козацькі права та вільності. Не міг він також не помітити зростання самоусвідомлення козацтвом своїх сил, своєї ролі в житті Польщі. Уже в 1613 р. на засіданні польського сейму мовилось, що козаки «не визнають нашої влади… обравши своїх старших і суддів». Польська влада постійно затримувала їм платню за успішні військові походи, обмежувала розширення реєстру, не хотіла давати шляхетство особам давніх боярських родів, що стали козаками. Козацтво також послідовно й рішуче стало на захист православної віри. Причина була в тому, що після Люблінської унії 1569 р. та Берестейського собору 1596 р., утворення греко-католицької церкви, відбувалось примусове окатоличення, відбирання земель і зневаження давніх прав православних священиків та їхніх парафіян з боку поляків римо-католиків.
Разом з тим всі іноземні спостерігачі відзначали тодішнє дуже важке життя селян під владою шляхти, найбільших земельних власників, які були багатшими за короля та церкву. Знаний картограф Гійом де Боплан писав: «Селяни опиняються в гіршому становищі, ніж каторжани на галері». Тому найсміливіші, найвитриваліші втікали в степові райони, тодішнє Дике Поле, і там формували своє господарство. Не в кращому становищі були й міщани, часто-густо зв’язані боргами з євреями, що розповсюджували по всіх українських воєводствах Речі Посполитої свою лихварську діяльність. Накопичувалась глибока соціальна напруга, яка рано чи пізно мала розрядитись.
У літописах XVII—XVIII ст.ст. є дані, нібито Богдан 1621 р. ходив на море з 10 тисячами війська й захопив кілька турецьких кораблів (хоч він був на той час у полоні), у 1629 р. в бою з татарами взяв у полон двох татарських князів з роду Кантемирів, у 1633—1634 рр. начебто брав участь у Смоленській війні і так відзначився, що король подарував йому шаблю. Однак ці факти або прямо перекручені, або не стосуються майбутнього гетьмана і, як гадають історики, були підтасовані з метою його героїзації.