Під тиском обставин Хмельницький був змушений піти на укладення 8 серпня 1649 р. Зборівського мирного договору. Відповідно до його умов козацький реєстр зростав до 40 тис. осіб, а козацька територія охоплювала Київське, Чернігівське та Брацлавське воєводства. На цих землях влада належала гетьманові та його адміністрації. Київський митрополит одержав місце в сенаті. Всім учасникам повстання проголошувалася амністія. Водночас магнати і шляхта мали право повернутися до своїх маєтків; для більшості селян відновлювалося кріпацтво; воєводства Волинське та Подільське, як і до повстання, залишалися під владою короля.
У цей період Б. Хмельницький та його прибічники боролися лише за політичну автономію для козацького регіону. Зборівська угода, яка, здавалось би, скріпила досягнення поставленої мети, з часом показала свою нежиттєздатність. Вона не зняла суперечностей між Україною та Польщею, і боротьба спалахнула з новою силою. Вже у вересні 1650 р. король Ян Казимир під час таємної бесіди з папським нунцієм обговорював плани нового походу в Україну. Підтримуючи цю агресію, Римський Папа прислав королю освячений меч і благословення на війну. У лютому 1650 р. польські війська вдерлися на Поділля і захопили містечко Красне. Ця подія стала початком нового раунду протистояння, вирішальним моментом якого була битва під Берестечком (червень 1651 p.). У битві 150—200-тисячному польському війську протистояло 100 тис. війська повстанців, до яких приєдналися 50 тис. татар. З огляду на цю статистику цілком зрозуміло, у яке катастрофічне становище поставили повстанців татари, які, не витримавши артилерійського обстрілу, у вирішальний момент покинули поле бою. Коли ж Б. Хмельницький зробив спробу зупинити відступаючих, то сам опинився в татарському полоні, з якого визволився лише через деякий час і за викуп.
Поразка під Берестечком зводила нанівець автономію козацької держави. Відповідно до умов укладеного 18 вересня 1651 р. Білоцерківського договору козацький реєстр обмежувався до 20 тис. осіб, влада гетьмана поширювалася лише на Київське воєводство, йому заборонялися зовнішні відносини. Крім того, шляхті було дозволено повертатися до своїх маєтків.
За цих обставин Б. Хмельницький дедалі більше розуміє, що вибитися власними зусиллями з-під польського панування, маючи лише ненадійного союзника — татар, не вдасться. До того ж для більшості володарів європейських держав він був лише бунтівник, що вів боротьбу проти законного свого господаря — польського короля. Тому Б. Хмельницький змушений був шукати надійну та міцну державу-покровителя. Найбільш реальними кандидатурами були Росія та Туреччина, але оскільки Москва зайняла вичікувальну позицію, гетьман зробив ставку на Оттоманську Порту. Ще в другій половині 1650 р. було укладено угоду зі Стамбулом про надання українським купцям права вільно перетинати Чорне море, торгувати без мита в турецьких володіннях. Наприкінці року Оттоманська Порта формально прийняла Військо Запорозьке під свою протекцію. Спираючись на турецьку підтримку, у вересні 1650 р. гетьман направив велике козацьке військо до Молдавії, маючи на меті через шлюб його сина Тимоша з донькою молдавського господаря Розандою вивищити свій рід до рівня князівського та укласти союз України з Молдавією. Проте для Б. Хмельницького молдавська авантюра закінчилася надзвичайно трагічно — 1653 р. гине його син Тиміш, Валахія та Трансільванія переходять на польський бік, у битві під Жванцем татари знову зраджують та укладають сепаратний мир з поляками. Ускладнення геополітичної ситуації в регіоні, воєнні невдачі, формальна підтримка Оттоманської Порти підштовхнули гетьмана до відмови від протурецької орієнтації та союзницьких відносин з Кримом і визначили проросійський вектор зовнішньої політики Війська Запорозького.
Ще починаючи з 1648 p., Б. Хмельницький неодноразово звертався до Москви з проханням допомогти в антипольській боротьбі. Навіть загрожував війною, якщо не буде надано цієї допомоги. Проте Москва не хотіла розривати миру з Польщею і зайняла вичікувальну позицію. Та все ж бажання розширити сферу свого впливу, використати Україну як буфер проти Туреччини, залучити українські козацькі збройні формування для відвоювання в Речі Посполитої втрачених Росією територій сприяли тому, що російський цар після деяких вагань «в ім'я спасіння віри православної» погодився взяти Військо Запорозьке під свою опіку. Відповідну ухвалу про це прийняв 1 жовтня 1653 р. Земський собор. Юридично цей акт оформлено під час російсько-українських переговорів у січні—березні 1654 р. У Переяславі було узгоджено принципові засади майбутнього договору (антипольський військовий союз України та Росії, протекторат московського царя над Україною, збереження основних прав і вольностей Війська Запорозького) і здійснено усний акт присяги. Вже на цьому етапі виникають конфліктні ситуації та розбіжності в підходах до новоствореного союзу. Спочатку російські посли відмовилися принести присягу за царя, оскільки відповідно до специфіки їхнього державного устрою самодержець своїм підданим не присягає, а потім боярин Бутурлін, який очолював російську делегацію, відмовився дати письмову гарантію збереження прав і вольностей України після того, як договір набере чинності. Оскільки усі переяславські рішення були усними, кожна із сторін могла трактувати їх довільно. На цій підставі фахівці вважають, що події січня 1654 р. в Переяславі мали, головним чином, ритуально-символічний характер.
У березні 1654 р. у Москві козацька делегація передала на розгляд росіянам проект договору із 23 пунктів, спрямованих на збереження української автономії. Після двотижневих переговорів сторони дійшли компромісу, який увійшов у історію під назвою «Березневих статей». Згідно з цим документом Україна зберігала республіканську форму правління, територіально-адміністративний поділ, нову систему соціально-економічних відносин, цілковиту незалежність у проведенні внутрішньої політики. Водночас окремі статті обмежували її суверенітет: збір податків з українського населення здійснювався під контролем російської сторони; заборонялися дипломатичні зносини з Варшавою та Стамбулом (зауважимо, що за життя Б. Хмельницького конкретний зміст «Березневих статей» козакам був невідомий).
Серед істориків ще й досі не вщухають дискусії з приводу визначення історико-юридичної суті Переяславсько-Московського договору. Ситуація ускладнюється тим, що автентичний, підписаний сторонами документ не зберігся, до нас дійшли лише його копії. Спектр тлумачень цієї угоди надзвичайно широкий, але найпоширенішими є п'ять підходів: «персональна унія» (незалежні держави, що мають власні уряди, визнають владу одного монарха); «васальна залежність» України від Росії; «автономія» України у складі Росії; «возз'єднання» українського та російського народів; «військовий союз» між Україною та Росією.
Як би не оцінювався українсько-російський договір 1654 p., цілком очевидно, що кожна із сторін бачила в ньому ефективний засіб для реалізації власних планів: Москва хотіла часткову залежність України перетворити на цілковиту, спочатку обмежити, а в перспективі скасувати українські автономні права та вольності; Чигирин же прагнув, використовуючи Росію як важіль, нарешті вирвати українські землі зі складу Речі Посполитої та розбудовувати власну незалежну державу.
Укладення Переяславсько-Московського договору кардинально змінило геополітичну ситуацію в регіоні. У відповідь на появу українсько-російського союзу влітку 1654 р. Річ Посполита та Кримське ханство підписують «Вічний договір» про взаємодопомогу. Вже в жовтні цього ж року кримський хан в ультимативній формі вимагає від гетьмана розриву угоди з царем. Протягом кількох місяців Б. Хмельницький добивався від Москви обіцяної в договорі допомоги. Коли вона надійшла, час було вже втрачено. Внаслідок вторгнення польсько-татарських військ Брацлавщину було спустошено (зруйновано 270 поселень, убито майже 10 тис. немовлят, взято в неволю 200 тис. осіб). Отже, і промосковська орієнтація не зміцнила української державності. А на гетьмана чекав ще один важкий удар у зовнішньополітичній сфері. Побоюючись шведської загрози, навесні 1655 р. Москва і Варшава пішли на зближення. Наступного року було укладено московсько-польське Вільненське перемир'я. Українських делегатів на переговори у Вільно не допустили, хоча там і ставилося питання про повернення України під владу короля. Укладене перемир'я Москви з Варшавою ставило хрест на російсько-українському військовому союзі й розв'язувало гетьманові руки. Тепер зовнішньополітичний курс Б. Хмельницького був спрямований на пом'якшення політичного тиску Росії; повернення західно-українських земель, що не увійшли до складу Війська Запорозького; убезпечення України від татарської загрози; міжнародне визнання своїх династичних намірів — приєднання до титулу гетьмана титулу суверенного князя і забезпечення спадковості верховної влади у новій Українській державі. Щоб здійснити ці задуми, гетьман активно почав створювати коаліцію в складі Швеції, Семигороду, Бранденбургу, України, Молдавії, Волощини та Литви. Все чіткіше почав виявляти себе шведський вектор у зовнішній політиці війська Запорозького. У червні 1657 р. до Чигирина прибуло шведське посольство з підтвердженням готовності до спільної боротьби проти Речі Посполитої. Проте трагічне закінчення об'єднаного українсько-семигородського походу на Польщу внесло свої корективи у хід подій. Звістка про поразку призвела до того, що Б. Хмельницького розбив апоплексичний удар, і він у вересні 1657 р. помирає, так і не здійснивши своїх задумів.