Борис направил послание Сигизмунду, обвиняя его в нарушении условий перемирия. Польский король нарушение отрицал, заявляя, что состоявшие в войсках Лжедмитрия поляки, литовцы и украинские казаки действуют как частные лица, без официального одобрения королевской власти. Слабость королевской власти в Польши не позволяла ей препятствовать своевольным действиям магнатов.
Борис приказал князю Мстиславскому сформировать армию в Калуге. Через шесть недель тот выступил с войском к Брянску, где соединился с ратью воеводы Дмитрия Шуйского. Вместе они пошли на выручку Басманову. Под началом русских воевод было до 25 тысяч человек. У реки Узруй их встретило 15-тысячное войско самозванца. Часть воинов Милославского перед боем перебежало к Лжедмитрию, но у воевод Годунова все равно оставался почти двукратный численный перевес. Однако их войско не горело желанием вступать в бой с тем, в ком подозревали законного наследника престола.
Сражение произошло 21 декабря. Первую атаку армии самозванца русское войско отбило, но не выдержало повторного удара польской конницы против полка правой руки. Этот полк смешался с большим полком, и оба они в беспорядке отступили. Стойкость левого крыла русской рати не могла спасти положения. Милославский был ранен и едва спасся от плена. Самозванец не решился преследовать превосходящие силы противника. Войско Милославского укрылось в лесу, обнеся лагерь земляным валом.
На следующий день к Лжедмитрию прибыло 4 тысячи пеших запорожских казаков и на подходе был еще один 8-тысячный отряд с 14 орудиями. Однако взять Новгород-Северский не удавалось, и самозванец отступил к Севску. Часть польско-литовских отрядов покинуло его и вернулось в Польшу. Милославский же в это время отошел к Стародубу. Там к нему присоединилась рать князя Василия Шуйского, которому царь приказал перейти к решительным действиям и сокрушить самозванца.
21 января 1605 года у деревни Добрыничи произошло новое сражение. Милославский и Шуйский имели около 30 тысяч человек, самозванец – 15 тысяч, в том числе 7 польских конных хоругвей и 3 тысячи донских казаков. Артиллерия сторон была примерно равна: 14 орудий – у русских войск, 13 – у Лжедмитрия. Самозванец узнал, что вся неприятельская армия собралась на ночлег в одной небольшой деревни, и решил внезапно атаковать, предварительно запалив Добрыничи. Однако русские дозоры поймали поджигателей, и царские войска успели изготовиться к бою.
Сторожевой полк был атакован главными силами самозванца и отброшен к Добрыничам. Основной удар Лжедмитрий наносил по правому крылу неприятеля, рассчитывая отбросить его за реку Сев. Его конница атаковала двумя линиями. В первой линии были польские хоругви, во второй – русская конница, для отличия от правительственных войск надевшая поверх лат белые рубахи. Мстиславский приказал своему правому крылу также перейти в наступление, чтобы остановить и опрокинуть неприятеля. В первой линии русских войск находились отряды немецких и голландских наемников. Конница самозванца потеснила наемную пехоту, а затем отбросила и стоявшую за ней русскую конницу. После этого ударный отряд Лжедмитрия обрушился на центр армии Мстиславского – засевших в Добрыничах за возами с сеном стрельцов. Они встретили кавалеристов огнем из пищалей и пушек и обратили врага в бегство. Примеру конницы последовали пешие запорожцы на правом фланге Лжедмитрия, решившие, что сражение проиграно.
Русская конница, увидев, что враг бежит, перешла в контратаку и довершила разгром. Резерв Лжедмитрия, состоявший из пешего отряда донских казаков и артиллерии, был окружен и почти полностью уничтожен. Преследование армии самозванца велось на протяжении 8 км. Ему с остатками войска удалось уйти в Рыльск. В сражении под Добрыничами Лжедмитрий потерял 5–6 тысяч убитыми и не меньшее число пленными, а также все свои 13 орудий. Войско Милославского потеряло убитыми 525 человек.
Царская армия подошла к Рыльску только через несколько дней, когда Лжедмитрий успел уже бежать в Путивль. Поляки собирались покинуть его, но русские сторонники «названного Дмитрия», которым в случае поражения нечего было терять, кроме собственной головы, настаивали на продолжении борьбы. Самозванец обратился за помощью к Сигизмунду, но тот отказался воевать с Москвой. Тогда Лжедмитрий разослал грамоты к крестьянам и посадским людям, обещая им освобождение от повинностей. В южных степях скопилось немало беглых крестьян, пополнивших армию самозванца. На сторону Лжедмитрия перешли гарнизоны Оскола, Валуек, Белгорода, Царёва-Борисова и некоторых других городов.
Тем временем царским воеводам не удалось взять Рыльск, гарнизон которого самозванец усилил 2 тысячами своих русских сторонников и 500 поляков. Трудности снабжения заставили Милославского через 15 дней снять осаду. Из-за трудностей с подвозом продовольствия он вообще хотел распустить войско, но царь категорически запретил ему это делать.
Рати Мстиславского было приказано идти к Кромам, где перешедший на сторону самозванца гарнизон был осажден войском воеводы Шереметева. Лжедмитрий также направил на помощь Кромам 4 тысячи донских казаков под командованием атамана Корелы. Казаки упредили Мстиславского и в конце февраля прорвались в Кромы с большим обозом продовольствия. Они двигались на санях по замерзшим болотам.
В начале марта к Кромам подошел Мстиславский. Правительственные войска артиллерийским огнем сожгли деревянные укрепления и овладели валом, но затем по неизвестной причине отступили. Казаки воспользовались этим, насыпали новый земляной вал и обнесли город рвом. На обратном скате вала они вырыли землянки, где скрывались от неприятельских ядер. Среди осаждавших было немало сторонников Лжедмитрия, тайно снабжавших Кромы порохом и продовольствием.
Ситуация в стране кардинально изменилась после того, как 13 апреля 1605 года внезапно скончался царь Борис. Его наследовал 16-летний сын Федор, но многие бояре боялись, что он, не имея отцовского опыта и ума, не сможет совладать со смутой. Они все больше склонялись к поддержке самозванца, надеясь, что, став царем, он сможет обуздать казачью и крестьянскую вольницу. Под Кромы прибыл с подкреплениями царский воевода Басманов. Он составил в войске заговор в пользу самозванца. Когда 7 мая к Кромам подошел авангард Лжедмитрия, состоявший из 3 польских хоругвей и 3 тысяч русских ополченцев, вся царская армия перешла на его сторону. Путь на Москву был открыт. 10 июня Лжедмитрий вступил в столицу и был провозглашен царем. Перед этим бояре задушили царя Федора.
Вместе с Лжедмитрием пришло несколько тысяч поляков, литовцев и казаков, занявшихся грабежом, который новый царь не спешил пресечь.
2 мая 1606 года в Москву приехала невеста Лжедмитрия Марина Мнишек, а с ней – 2-тысячный польский отряд. К тому времени народ уже разочаровался в «добром царе», который никаких мер по облегчению положения крестьян не предпринимал, а только жаловал наиболее видных своих сторонников новыми землями. Бояре тоже тяготились «худородным царем». Они составили заговор против Лжедмитрия. Приход нового отряда поляков был использован заговорщиками для возбуждения антипольских настроений среди москвичей. Лжедмитрия народ подозревал в принятии католичества. В ночь на 17 мая в столице вспыхнуло восстание, в ходе которого были перебиты многие поляки, литовцы и прочие иностранцы. Кремль был захвачен толпой народа. Заговорщики воспользовались суматохой и убили Лжедмитрия, провозгласив царем князя Василия Шуйского. Уцелевших поляков отпустили на родину, но отняли у них всю захваченную добычу.
