Дальший шлях гетьмана лежав прямо на Польщу. Наприкінці жовтня його війська взяли в облогу місто-фортецю Замостя, розташоване на межі українських та польських етнічних територій. Та наближалися холоди, стомлене військо не було готове битися взимку, розуміючи, що наступ на Варшаву за таких умов не має шансі на успіх, гетьман почав переговори з польською стороною. Водночас він зав’язав дипломатичні стосунки з царем Олексієм Михайловичем і турецьким султаном Мухаммадом IV, котрі уважно стежили за змінами на карті Східної Європи. Наприкінці року була досягнута домовленість з обраним на королівський престол Яном ІІ Казимиром, братом небіжчика Владислава. Обидві сторони в універсалах оповістили свої народи, що наступило перемир’я.

Від Замостя Хмельницький рушив до Києва, де 23 грудня 1648 року був тріумфально зустрінутий народом і духівництвом на чолі з митрополитом С. Косовим і патріархом Єрусалимським Паїсієм, що перебував тоді в місті. У лютому 1649 року у Переяславі почалися переговори про всеосяжний мирний договір. Влада Речі Посполитої, яку на переговорах представляв православний А. Кисіль, шляхом поступок козацтву і особисто Б. Хмельницькому усіляко прагнула розколоти українське козацтво й селянство. Б. Хмельницький і його полковники та старшини висували загальнонаціональні вимоги : ліквідацію шляхетського землеволодіння, звільнення селянства, скасування унії, урівняння управах православних і католиків у межах усієї польсько-литовської держави, запровадження козацького самоврядування.

Про вихід України зі складу Речі Посполитої тоді не йшлося, хоча поляки погоджувалися на поширення влади козацької адміністрації майже на всю територію України. Але Б. Хмельницький вимагав гідного представлення України в сенаті й інших загальнодержавних органах влади. Обом сторонам було ясно, що виходячи з настільки різних позицій, домовитися не вдається. Поляки, потроху збираючись з силами, розгорнули бойові дії на Волині й Поділлі. У відповідь на це у квітні 1649 року гетьман розіслав у полкові міста наказ про підготовку до нового походу. У травні, коли польські війська вже були на марші, а до Києва з півночі підступали сили литовського гетьмана Я. Радзівіла, Б. Хмельницький затвердив свою ставку у Білій Церкві. Послані ним полки зупинили наступ литовської армії до ріки Прип’ять, відвернувши небезпеку від Києва. Тоді ж Хмельницький відправив посольство в Москву з пропозицією розпочати спільну війну проти Речі Посполитої. Царський уряд не зважився на цей крок, зайнявши вичікувальну позицію. Водночас він не заперечував проти закупівлі українськими козаками на території Московської держави зброї і боєприпасів.

На початку літа 1649 року гетьман направив свої головні сили на захід і наприкінці червня обложив видобувний за останнім словом техніки того часу Збараж, де зосередилися сили ворога під орудою Є. Вишневецького. Туди ж підступили союзні війська кримських татар на чолі з ханом Іслам-Гіреєм. На швидке оволодіння твердинею надії не було, й гетьман зробив усе необхідне для тривалої облоги. Сторони зазнавали серйозних втрат. 27 липня козаки пішли на генеральний приступ, але оволодіти змогли тільки першою лінією укріплень противника.

Тим часом із боку Люблина підходили головні польські сили на чолі з Яном ІІ Казимиром, що призначав за голову Хмельницького нагороду в 10 тисяч злотих. Гетьман вдався до обманного маневру. Залишивши навколо фортеці п’ятитисячний облоговий корпус, він із основними силами непомітно виступив назустріч королівському війську. Особисто провівши розвідку й упевнившись, що польські сили розтяглися на марші в напрямку Зборова й почали переправлятися через річку Стрипу, Хмельницький 5 серпня силами козацької і татарської кінноти атакував їх із флангів і тилу. Польське військо, загубивши командувачів, до вечора організувати оборону в нашвидку об лаштованому таборі біля Зборова. Нічні атаки козацької піхоти на табір були відбиті, але саме містечко вдалося взяти. До ранку королівські війська були цілком оточені. Б. Хмельницький наказав обстрілювати табір з гармат, висунутих на вали Зборова. Польська армія опинилась в критичному становищі, і Ян Казимир мусив піти на переговори. Пропонуючи велику компенсацію й одночасно задобрюючи подарунками хана, він домігся розколу в таборі союзників. Іслам-Гірей був радий одержати здобич без особливих втрат, до того ж його не могло не турбувати дальше зміцнення козацької України. А от Б. Хмельницькому потрібна була остаточна перемога. Під час переговорів, які затяглися, хан заявив, що бере на себе посередницькі функції, фактично зрадивши союзницьким забов’язанням.

За умови укладеного 8 серпня 1649 року під Зборовом миру поляки визнавали існування автономної, у складі Речі Посполитої, українсько-козацької держави в межах Чернігівського, Київського та Брацлавського воєводств, де заборонялося перебування польських військ та єзуїтів. Військово-адміністративні посади тут могли обіймати лише православні. Козацький реєстр доводився до 40 тисяч, а польській армії заборонялося переходити український кордон. Питання скасування Берестейської унії, якого козаки постійно домагалися, передавалися на розгляд сейму. Водночас шляхті поверталися її землі, за умови недоторканості селян, які виступали проти господарів.

Змушений під тиском татар піти на ці умови, Б. Хмельницький, неодноразово обговоривши їх при особистих зустрічах із королем і А. Киселем, одержав лише частину з того, на що розраховував. А от Ян Казимир, пішовши на поступки українській стороні, вважав їх ганебними для Речі Посполитої. Короткочасність дій підписаної угоди не підлягала сумніву, адже було ясно, що сенат не