Весною почалися сутички на подільському пограниччі. Гетьман Каліновський напав несподівано на пограничне містечко Красне, і в сутичці поляг полковник брацлавський Данило Нечай, один із найпопопулярніших у народі співробітників Хмельницького. Потім Каліновський напав на місто Винницю, але його відбив із великими втратами полковник Іван Богун, найкращий стратеґ у козацькому війську після самого гетьмана. Тут розійшлася чутка, що на допомогу Винниці йде велике козацьке військо, й Каліновський мусів спішно відступити. Але ці всі бої були лише прелюдією. Справжня кампанія почалася аж улітку 1651 року.
Як польська, так і українська сторона хотіли в цій війні нанести своєму противникові рішучий удар, щоб знайти вихід із становища, яке в тій, і другій стороні було нестерпне. Тому обидві вони напружили цим разом усі свої сили й самій боротьбі старалися надати характер святої війни за віру. До польського короля прибув спеціяльний лєґат від римського папи й поблагословив його, як борця за інтереси римо-католицької церкви. До українського гетьмана прибув із грецького сходу митрополит Йосаф Коринтський і привіз меч, освячений у Єрусалимі на гробі Господнім: православний схід бачив у Хмельницькім борця за православну віру. Не покладаючися на свої сили, Хмельницький вирядив посольство до Царгороду, щоб звідти було наказано кримському ханові йти козакам на поміч. Хан цим разом не мав охоти воювати. Примушення до походу згори, через Царгород, викликало в ньому незадоволення. Він, правда, прибув із своїм військом, але особливого запалу до війни не показував.
Рішучий бій між обома противниками, як і в попередніх кампаніях, відбувся на галицько-волинському пограниччі. В половині серпня 1651 року козацько-татарська армія під проводом гетьмана й хана, й польська армія під проводом короля зійшлися коло містечка Берестечка над річкою Старом. Сили обох противників були величезні. Якщо брати мінімальні цифри, які наводять сучасні офіційні джерела, польського війська було понад 80.000 (в тім 20.000 німців, частинно нанятих, частинно присланих курфірстом бранденбурзьким), не рахуючи узброєної челяді, якої було приблизно стільки ж. Козаків було коло 100.000 та 50.000 татар. В число козацького війська входили не самі лишень козаки, але й повстанчі ватаги. Польська армія мала дуже сильну артилерію.
28-30 червня відбувся під Берестечком ґенеральний бій, який скінчився перемогою польської армії. Про самий перебіг бою збереглося багато звісток, але всі вони настільки розбіжні й мають у собі стільки прикрас і просто легендарного елементу, що тяжко в них розібратися й скласти собі ясну картину триденних боїв. Звичайно до останнього часу панував погляд, що саме в часі боїв хан так, як і під Зборовом, зрадив козаків і не тільки сам кинувся тікати, відкривши ворогові лівий флянґ козацького фронту, але ще й захопив силоміць із собою гетьмана, який кинувся було його задержати. Новіші досліди показують, що причиною польської перемоги була не зрада хана, а перевага польської артилерії, участь 20.000 німецької піхоти, добре вишколеної в 30-літній війні, високі бойові прикмети польської кінноти, а головно — перевага польського пляну бою, виробленого німецькими ґенералами. Татари справді не витримали згубного гарматного вогню, сконцентрованого проти їх позицій, і почали в паніці відступати. Цим вони відкрили козацькі позиції з флянґу. Але козацький табор устиг замкнутися й успішно видержував завзяті штурми й облогу цілих десять днів. Самого Хмельницького в таборі вже не було, він виїхав збирати нові сили й організувати оборону краю, а команду над табором перейняв Іван Богун. 10 липня Богун вночі потихеньку почав виводити своє військо з табору і вже вивів був значну частину артилерії й кінноти, але тут счинилася фальшива тривога, поляки спостерегли відступ і вдарили на табор. Почалася паніка: коло 30.000 людей, переважно обозної челяді і повстанців-селян, загинуло в болотяній річці Пляшевій, що прикривала козацький табор іззаду, або полягло під шаблями ворога. Загинув і митрополит Йосаф, який сміливо старався вгамувати паніку й зупинити втікачів. У руки поляків дісталася похідна канцелярія гетьмана з усіма дипльоматичними документами, 28 гармат і багато всякої зброї. Одначе більша частина розбитої армії встигла відступити в напрямку на Київщину. Але й польській стороні побіда дісталася недешево. Польська армія понесла також великі втрати й була дуже ослаблена через недостачу провіянту і хвороби. Вона не змогла навіть зразу організувати погоню за розбитим ворогом.
В той час, як провадилася кампанія під Берестечком, із півночі на Україну наступала литовська армія під проводом Радивила. Вона розбила невеликі козацькі відділи, які охороняли гряницю, заняла Чернігів і наблизилася до Київа. Полковник Жданович, який мав боронити стару столицю, щоб зберегти місто від руїни, відступив без бою, й литовці окупували Київ. Але тоді козаки, за порозумінням із київськими міщанами, повели наступ із двох боків на місто. Самі міщани запалили місто, жертвуючи собою й своїм майном, аби лиш погубити ворога. Київ, особливо його долішня частина — Поділ, майже вигорів. Але литовці відбили наступ. Та тому, що залишатися в зруйнованому місті було невигідно, вони покинули Київ і в кінці серпня злучилися біля Василькова з польською армією, яка надійшла від Берестечка. Король повернувся до Варшави, й військом командував Потоцький.
В цей критичний час Хмельницький виявив надзвичайну енергію й присутність духа. За короткий час він зібрав рештки розбитих полків, мобілізував свіжі сили і вже на початку жовтня того самого 1651 року стояв супроти сполучених польсько-литовських сил під Білою Церквою з новою грізною армією. Населення знову скрізь піддержувало його, само палило свої оселі й нищило запаси, кожне місто, кожне село треба було здобувати в бою; люди йшли на вірну загибель, але не хотіли добровільно піддаватися ворогу. Це дуже утруднювало польському війську кампанію. Наблизилась осінь із її непогодою. Сили українського гетьмана зростали, звідусіль збіралися до нього свіжі відділи. Польське командування рішило почати переговори, які велися за посередництвом Адама Кисіля.
28 вересня 1651 року заключено трактат, відомий в історії під назвою Білоцерківського. Він уявляв собою погіршене видання Зборівської умови: число реєстрових козаків зменшувалося до 20.000 Козацькою територією визнавалося тільки одне Київське воєвідство, а Брацлавське й Чернігівське верталися знову під королівську адміністрацію й мали бути евакуовані козаками. Гетьман зобовязувався розірвати свою спілку з татарами і взагалі не вести закордонних зносин. Підтверджувалися права православної віри й проголошувалася знову амнестія всім учасникам повстання.
Білоцерківська умова мала ще більш умовний характер і була ще менше тривка, як Зборівська. Але обидві сторони були такі виснажені, що потребували якогось компромісу, якоїсь хоча б тимчасової передишки.
Умову мав ратифікувати ближчий сойм. Одначе Білоцерківська умова мала свої безпосередні ближчі наслідки, тяжкі для української сторони. Польські відділи вмаширували на лівий берег Дніпра, а литовські окупували Сіверщину. Пани почали сміливіше вертатися до своїх маєтків і привертати попередні порядки. В деяких місцях селяни пробували повстати, але сам Хмельницький мусів приборкувати ці повстання. Доведений до відчаю, народ почав шукати порятунку в еміграції. Тисячі людей кидали свої оселі й разом із родинами й рухомим майном тікали на схід за московську гряницю, де знайшли були собі притулок недобитки ще з повстання Остряниці. Там лежали величезні порожні простори, такий самий родючий чорноземний степ, як і на Україні. Це була теперішня Харьківщина й Вороніжчина. Московське правительство дуже радо дозволяло українським кольоністам селитися в цих пустинних тоді краях, давало їм повну свободу й тільки ставило умову, щоб вони становили військову козацьку організацію для оборони від татарських наїздів. Так покладено було початок заселенню так званої Слобідської України від слова «слобода», як називали кольоністи свої нові оселі.