Польские магнаты Мнишеки поддержали самозванца (Лжедмитрия) и снарядили ему войско, состоящее из запорожских казаков и польских добровольцев. В 1604 году войско самозванца вторглось в Россию, города и высланные ему навстречу армии присягали новому царю. В 1605 году самозванец вступил в Москву и короновался, однако вскоре погиб.

Самозванец обещал польскому королю Сигизмунду III в уплату за помощь вернуть Смоленск. Под предлогом этих обещаний, Сигизмунд в 1610 году начинает осаду Смоленска. Войско, посланное на выручку царем Василием Шуйским, было разбито гетманом Жолкевским в битве при Клушине, после чего поляки подступили к Москве, тогда как войска второго самозванца (Лжедмитрия II) осаждали её с другой стороны. Шуйский был свергнут и впоследствии выдан Жолкевскому. Московские бояре запросили у Сигизмунда в цари его малолетнего сына Владислава и присягнули ему, а затем впустили в Москву польский гарнизон. Однако Сигизмунд не захотел отпустить сына в Москву и крестить его в православие (как предполагалось по условиям договора), а вместо этого пытался править Москвой самолично через Александра Гонсевского, возглавившего польский гарнизон в Москве после отъезда Жолкевского. Результатом стало объединение бывших «тушинских воров»-казаков с дворянами Шуйского против поляков (начало 1611 года) и их совместный поход на Москву, поддержанный восстанием в самой Москве, которое поляки смогли подавить только поджогом города. Осада Москвы первым ополчением оказалась неудачной из-за противоречий в его рядах. Поход второго ополчения во главе с Кузьмой Мининым и Дмитрием Пожарским поставил поляков в критическое положение; в это время Сигизмунд, взявший Смоленск, вместо того, чтобы идти на Москву, распустил свою армию, не в силах содержать её по финансовым соображениям. 1 ноября 1612 года (по новому стилю) ополчение взяло Китай-город, поляки укрылись в Кремле. 5 ноября поляки подписали капитуляцию, выпустив из Кремля московских бояр и других знатных лиц, на следующий день поляки сдались.

В 1617 году вошедший в совершеннолетие Владислав, продолжавший носить титул Великого князя Московского, вторгся в Россию, пытаясь овладеть «законным» престолом, дошёл до Москвы, но взять её не смог. По Деулинскому перемирию Польша получила Смоленск и Северскую землю. Владислав сохранил за собой титул Великого князя Московского. По истечении срока перемирия Россия попыталась вернуть Смоленск, но потерпела поражение под его стенами в 1633 году (Смоленская война); по Поляновскому миру (1634 год) Москва признавала Смоленск за Польшей, однако Владислав отказался от московского титула.