Стефан Чарнецкий в битве.
В феврале 1660 года умер король Карл X Густав, и уже в мае новое шведское правительство подписало в Оливе мир с Речью Посполитой. Согласно ему Польско-Литовское государство вышло из войны почти без территориальных потерь, оно лишь формально отказывалось от Лифляндии в пользу Швеции. Но этот мир сразу кардинально изменил соотношение сил на фронте борьбы против Московского государства, куда были направлены многочисленные и опытные польско-литовские резервы. В начале июня объединенная польско-литовская армия во главе со Стефаном Чарнецким и Павлом Сапегой перешла в контрнаступление, а уже 28 июня в битве на Полонке она нанесла сокрушительное поражение армиям И. Хованского и С. Змеева, которые фактически перестали существовать. После этого остальные московские войска, действовавшие на территории Великого княжества Литовского, перешли к обороне, засев в крупнейших крепостях (Вильня, Брест, Гродно, Ковно, Борисов).
Развивая успех, польско-литовская армия, усиленная присоединением жмудской дивизии под командованием Михала Паца и активно поддерживаемая местной шляхтой и населением, быстро заняла западную и центральную часть Великого княжества Литовского. Пытаясь остановить польско-литовское наступление, московское правительство направило в Литву новую армию под командованием Ю.А. Долгорукого. В ходе битвы на Басе, проходившей с 24 августа по 10 сентября 1660 года, ему удалось приостановить наступление противника. При этом попытка московских воевод нанести удар в тыл польско-литовских войск силами частично восстановленной армии И.А. Хованского привела к половинчатому результату — в сражении на Черее победу одержали московские войска, а у Толочина — польско-литовские части. В результате к концу года московская армия, да и то относительно, контролировала только восточную часть Великого княжества Литовского и ряд крепостей в других районах (Вильно, Гродно, Борисов).
На Украине ситуация складывалась не лучше. В сентябре 1660 года большое московское войско воеводы Василия Шереметева при поддержке казаков Юрия Хмельницкого предприняло очередное наступление на Львов, но оно не удалось, так как своим высокомерием и откровенным презрением к казакам Шереметев раздражал казацкую старшину и гетмана. Воевода самоуверенно заявлял, что с таким войском, какое дал ему царь, можно будет обратить в пепел всю Польшу, а самого короля доставить в Москву в оковах. Войско у него действительно было большим — 27 тысяч человек, да еще примерно 15 тысяч человек насчитывалось в 11 казачьих полках, подчинявшихся непосредственно Шереметеву. Но казаки уже не очень-то горели желанием проливать свою кровь вместе с «москалями», да и жалованье им платили обесценивавшимися на глазах московскими медными копейками, которые в следующем году стали причиной широко известного Медного бунта в Москве. Поэтому вскоре войско Шереметева было наголову разбито польско-крымскими силами в сражениях у Любара и Чуднова.
Разгром случился во многом потому, что поляки узнали о раздорах в неприятельском лагере и коронный гетман Станислав Потоцкий предложил Юрию Хмельницкому вернуться под власть короля.
Тот согласился, и 27 октября в Чудове между гетманом Украины и Польшей был заключен новый мирный договор, фактически повторявший Гадячский, но без упоминания Великого княжества Русского, что ограничивало автономию Украины в составе Речи Посполитой. Шереметев капитулировал на условиях вывода московских войск из Киева, Переяслава-Хмельницкого и Чернигова. Однако воевода Юрий Барятинский, возглавлявший оборону Киева, отказался выполнять условия капитуляции и оставлять город, сказав знаменитую фразу: «Я повинуюсь указам царского величества, а не Шереметева: много в Москве Шереметевых!» В Переяславе народ во главе с наказным гетманом Якимом Сомко — дядей Юрия Хмельницкого тоже поклялся «умирать за великого государя-царя, за церкви Божии и за веру православную, а городов малороссийских врагам не сдавать, против неприятелей стоять и ответ держать».
Польские войска штурмовать Киев не решились. К тому же в них тоже начались волнения, связанные с невыплатой жалованья и нехваткой продовольствия, добыть которое в донельзя разоренной Украине было очень непросто. Шереметев оказался в плену татар и пробыл там 22 года. Левобережная Украина вновь подверглась набегам союзных полякам татар, с которыми казаки вынуждены были постоянно бороться. Московские отряды остались на левом берегу Днепра, но после чудновской катастрофы и вплоть до самого конца войны они ограничивались лишь обороной.
В этот период основные военные действия развернулись на северном театре, т. е. в Великом княжестве Литовском, где московские армии тоже теряли одну позицию за другой. Сюда не доходили татары, да и казаки появлялись не часто, однако под влиянием притеснений со стороны московских воевод шляхта ВКЛ окончательно приняла сторону Яна Казимира. Летом 1661 года был осажден московский гарнизон в Вильне. Осенью 1661 года польско-литовские силы разбили московскую армию в сражении при Клушниках. Зимой 1662 года был потерян Могилёв, а летом — Борисов и Полоцк. В ноябре, после полуторагодовой осады, была окончательно освобождена Вильня (за это время московский гарнизон отбил пять приступов и сдался, когда в живых осталось всего 78 защитников крепости). За Москвой временно оставалась только территория в районе Витебска, но вскоре пришлось оставить и ее. Большое влияние на неудачи московского войска оказали внутриполитические волнения в стране — экономический кризис, Медный бунт, Башкирское восстание.