20 сентября 1618 года со стороны Волоколамска к столице подошла королевская армия. «Московский староста» Гонсевский и гетман Ходкевич вновь стояли у городских ворот, на этот раз вместе с «царем» Владиславом. Они рассчитывали на помощь своих приспешников из московских бояр. Но те были до смерти напуганы недавним выступлением ратных людей и москвичей, ворвавшихся вооруженной толпой в Кремль и потребовавших у Мстиславского «со товарищи» объяснений по поводу отступления боярина Лыкова из Можайска. Это выступление едва не привело к кровопролитию.

23 сентября противник обложил русскую столицу. С юга к городу подошли коши запорожцев гетмана Сагайдачного, спешившего на помощь войску королевича Владислава. Неразбериха и замешательство в боярских верхах вновь грозили обернуться бедой. С начала сентября в Москве стал заседать Земский собор. Он решил привлечь к обороне города-крепости всех москвичей, способных носить оружие. Царю и его ближайшим боярам волей-неволей пришлось вспомнить, какую роль в освобождении Москвы сыграло народное ополчение. Москвичи требовали оружия, чтобы защитить столицу от интервентов.

Разрядный приказ расставил по крепостным стенам и воротам вместе с ратниками посадских людей и купцов. В Белом городе и Замоскворечье охрану стен несли шесть с половиной тысяч человек. Среди них преобладали «черные» посадские люди. Около двух тысяч добровольцев-горожан имели пищали, две с половиной тысячи несли караул с рогатинами. Царское правительство позаботилось о том, чтобы в этот критический момент оказать «милость» тем людям, которые пользовались доверием простого народа. За несколько дней до решающего столкновения с королевским войском царь Михаил пригласил князя Дмитрия во дворец к столу, напомнил собравшимся о его заслугах перед государством и наградил прославленного воеводу золоченым кубком и собольей шубой.

В ставке королевича Владислава его военачальники подробно разработали план захвата русской столицы. Накануне приступа на сторону царских войск перебежали два наемника-француза, служившие минерами в королевской армии. Они сообщили о готовящемся штурме Москвы и указали пункты крепости, куда будет наноситься удар. Бояре заподозрили их как лазутчиков, но все же послали подкрепления к западным городским воротам.

В ночь на 1 октября 1618 года польские роты и казачьи отряды двинулись на штурм Москвы. Под покровом ночи королевские солдаты взорвали ворота деревянного острога Земляного города и подошли к Арбатским и Тверским воротам Белого города. Но здесь противник был встречен градом пуль. Яростная пальба разбудила спящую столицу. Вооруженные москвичи и ратники бросились к местам разгоревшегося ночного боя.

Князь Пожарский в сопровождении вооруженных родных и слуг в числе первых прибыл к Арбатским воротам со своего двора на Арбате. Появление в рядах сражающихся знаменитого воеводы воодушевило защитников города. Дмитрий Михайлович взял на себя руководство боем. Вновь, как и в лучшие годы, князь Дмитрий «на боях на приступах бился, не щадя головы своей». Кровопролитный бой длился несколько часов, до рассвета. Едва ночная мгла стала редеть, были распахнуты ворота, и русские воины ударили по врагам. Тем пришлось спешно отступить к своему лагерю. Не лучше обстояли дела и у отряда интервентов, пытавшихся ворваться в Белый город через Тверские ворота. Безуспешными оказались и все другие попытки захватчиков ворваться в город. Во время осады Москвы Пожарский находился на самых трудных участках обороны. Еще не вполне оправившийся после тяжелой болезни, он с бесстрашием и отвагой бился в первых рядах защитников столицы. Под его водительством стойко сражались ратники и московские ополченцы. Заслуги Дмитрия Пожарского были так велики, что царь счел необходимым отметить их в особой грамоте. В ней говорилось, что во время осады Москвы князь Пожарский против польского войска королевича Владислава стоял крепко и мужественно, в боях бился, не щадя головы своей, «и ни на какия королевичевы предложения не прельстился и, будучи в осаде, во всем оскудение и нужду терпел».

В который раз потерпев неудачу под Москвой, гетман Ходкевич со своим войском отступал к Троице-Сергиеву монастырю. Там их встретили пушечными залпами. Королевская армия вынуждена была отступить на старую гетманскую стоянку в село Рогачево. Вновь, как и прежде, польские отряды разбрелись грабить замосковные города и села. Но на этот раз их везде ждали военные неудачи. На Нерехте и в Пошехонье ярославские воеводы разгромили отряды чужеземных захватчиков.

Войско гетмана Сагайдачного ушло из-под Москвы к Калуге, но взять город-крепость не смогло. В рядах простых запорожцев зрело широкое недовольство против чуждой им войны, хотя при помощи казацкой старшины польский король смог использовать малороссийское казачество в войне против России. Королевич Владислав довольно скоро смог убедиться в ненадежности запорожцев. Сказалась кровная близость русского и украинского народов. Так, на русскую службу с отрядом в 600 сабель перешел полковник Ждан Коншин. Подобных примеров было много.

Королевской армии в Рогачево предстояло выдержать трудную зиму. Поляки вновь не имели надежных сообщений — с первых дней очередного вражеского нашествия за оружие взялись крестьяне-«шиши». Ходкевичу не удалось овладеть ни одной из русских крепостей, находившихся у него в тылу. И в довершение всего польский сейм с 1619 года отказывался финансировать войну, в которой не виделось победного конца, — сказались усилия сторонников мирных отношений с Россией.

Интервентам вновь угрожала народная война — в Нижнем Новгороде и Ярославле спешно формировались ополченские полки. Вражеское нашествие вновь всколыхнуло Россию.

В таких неблагоприятных для польских интервентов условиях 1 декабря 1618 года в селе Деулине между Российским государством и Речью Посполитой было заключено перемирие на четыре года и шесть месяцев. Дорого заплатил русский народ за предательство «семибоярщины» и за неспособность царя Михаила Романова и его окружения возглавить народно-освободительную войну против польских и шведских интервентов. По условиям перемирия, Россия лишалась Смоленска, Чернигова, Новгорода-Северского, Дорогобужа, всего около 30 городов. Более того, Сигизмунду III достались пограничные крепости, отразившие все нападения интервентов. Польша же возвращала России Вязьму, Козельск, Мещовск, Мосальск, Стародуб и… старейшину царской семьи Филарета Романова, бывшего в плену.