В царствование последнего Ягеллона — Сигизмунда II Августа — польско-литовскому государству вновь пришлось столкнуться с усилением московского государства, где воцарился Иван IV Грозный. С 1562 года Россия и польско-литовское государство оказались втянутыми в ожесточенную, длительную и разорительную для обеих сторон ливонскую войну, причем первоначально удача оказалась на стороне русского царя, который в 1563 году взял Полоцк.

Сигизмунд Август был бездетным, и по мере его старения вставал вопрос о дальнейшей судьбе польско-литовского государства. До сих пор оно держалось лишь единством династии. Необходимость построить его на новых принципах привела к заключению Люблинской унии (1569), согласно которой Польша образовала с Великим княжеством Литовским объединённое федеративное государство, возглавляемое сеймом и выбираемым им королём. Государство получило название «Речь Посполитая» (польск. Rzeczpospolita) — буквально «республика».

После смерти Сигизмунда началась, в соответствии с новой конституцией, эпоха выборных королей. На престоле появился и вскоре бежал обратно во Францию француз Генрих Валуа (1572—1574), в то время как Иван Грозный вновь перешёл в наступление в Ливонии. Избрание в 1576 году трансильванского князя Стефана Батория обернуло ситуацию в пользу Польши: этот выдающийся полководец вернул Польше потерянный Полоцк (1579), затем, в свою очередь, сам вторгся в Россию и осадил Псков. Мир в Яме-Запольском (1582) восстановил старую границу.

После смерти Батория в 1586 году поляки избрали шведского короля Сигизмунда III Ваза; впрочем, он вскоре лишился шведского престола из-за своего католического фанатизма — качество, которое скорее способствовало его утверждению в Польше. С его правлением связаны три важные события: перенос в 1596 году столицы из Кракова в Варшаву (коронации по-прежнему проводились в Кракове); Брестская уния православной и католической церквей (1596), покончившая с традиционной польской веротерпимостью и заложившая фундамент Хмельничнины — и интервенция Польши в России в эпоху Смутного времени.