赫梅利尼茨基請求俄國保護，這並非第一次。早在1648年6月，他就致函沙皇阿曆克塞·米哈伊諾維奇，請求保護。此後又一再呼籲沙皇給予保護。他這樣做隻不過是一種外交策略，即利用俄國和波蘭兩個大國之間的矛盾，求得自身的生存與發展。但當時俄國本身也處境不佳，國內城鄉起義此起彼伏，特別是1648年6月的莫斯科起義和1650年2月的普斯科夫起義，規模很大，沙皇政府忙於鎮壓國內起義，無暇西顧，沒有立即卷入波蘭和烏克蘭的衝突。到1653年時，俄國的國內局勢已經穩定，同時，赫梅利尼茨基向俄國沙皇表示，如果俄國出兵保護烏克蘭，攻打波蘭，他便向俄國稱臣，否則他將請求土耳其素丹或克裏木汗的保護。此時沙皇政府看到，經過幾年的戰爭，波蘭和烏克蘭已兩敗俱傷，現在赫梅利尼茨基主動找上門來，這正是吞並烏克蘭的大好時機。如果坐失良機，烏克蘭這塊肥肉就會被俄國的對手土耳其或克裏木汗國吞食，或重新投入波蘭的懷抱，對俄國造成更大的威脅。於是，1653年7月，俄國政府毫不猶豫地通知赫梅利尼茨基，沙皇已同意接受烏克蘭加入俄國。10月，俄國召開縉紳會議，批準了政府關於接受烏克蘭加入俄國的決定，同時對波蘭宣戰。隨後，俄國政府派瓦·瓦·布圖爾林率代表團前往烏克蘭同赫梅利尼茨基談判，雙方簽訂了合並條約。1654年1月18日，赫梅利尼茨基在佩列雅斯拉夫爾召開哥薩克大會，通過了烏克蘭同俄國合並的決定，並舉行了莊嚴的禮拜儀式和宣誓儀式。同年3月，赫梅利尼茨基派代表赴莫斯科，和俄國政府就一些具體問題進行談判，雙方訂立了《三月條例》，規定烏克蘭對俄國沙皇稱臣，但享有自行選舉統領、進行自治之權；哥薩克保留自治法庭，占有領地權；統領保留與除波蘭、土耳其之外的國家交往的權利。
俄國雖然同赫梅利尼茨基簽訂了合並條約，將烏克蘭並入俄國版圖，但這基本上還是一紙空文，因為當時大部分烏克蘭領土還掌握在波蘭手中。因此，為實現條約，從波蘭手中奪回烏克蘭，從1654年開始，俄國同波蘭進行了長達13年的戰爭。這場戰爭由於瑞典的卷入而顯得錯綜複雜。戰爭初期，俄國10萬大軍分北、中、南三路向波蘭進攻。波蘭軍隊盡管有10萬克裏木韃靼軍的支援，還是節節敗退，使俄國不僅收複了被波蘭占領的俄國西部地區，而且占領了烏克蘭、白俄羅斯、立陶宛的大部分地區。就在這時，瑞典插了進來，乘機對波蘭發動進攻，妄圖獨占波羅的海，進而吞並波蘭。俄國政府認為，波蘭已被削弱，兼並烏克蘭和白俄羅斯的任務已基本實現，而瑞典則成為俄國新的、最危險的敵人。有鑒於此，俄國便同波蘭簽訂了停戰協定（1656年），全力以赴投入了同瑞典的戰爭。
但不久，俄國後院起火，赫梅利尼茨基病故（1657年），烏克蘭新統領倒向波蘭，主張脫離俄國而獨立，並同波蘭政府簽訂了和約。於是俄國很快同瑞典簽訂了停戰協定，重新對波蘭開戰，以阻止波蘭從俄國手中奪回烏克蘭。之後，波蘭也同瑞典簽訂和約，以便全力以赴同俄國作戰。從此，兩國便一心一意為爭奪烏克蘭、白俄羅斯而戰。
長期的戰爭把兩國都搞得筋疲力盡、困難重重，不得不坐下來握手言和。1667年1月30日，俄、波兩國代表在斯摩棱斯克附近的安德魯索沃簽訂了為期13年半的停戰協定。根據該協定，俄國除將原被波蘭占領的斯摩棱斯克、契爾尼哥夫、謝維爾斯克、斯塔羅杜勃等西部地區收複，第聶伯河左岸的烏克蘭也由俄國占領，右岸的基輔及附近地區由俄軍占領兩年。這樣，烏克蘭就被一分為二，由俄、波兩國瓜分。俄國和波蘭兩虎相爭，誰也沒能將烏克蘭獨吞。烏克蘭就如一隻毫無抵抗能力的羊羔被兩虎分食。這次俄國雖然隻攫取了半個烏克蘭，但它同樣是俄國對外擴張邁出的一大步，它為俄國攫取整個烏克蘭奠定了堅實的基礎。一百多年後，不僅西烏克蘭被俄國吞食，就連波蘭也成為俄國宰割的對象。