W czerwcu 1610 roku siły Zygmunta III od około 9 miesięcy oblegały Smoleńsk. Ponieważ nie zdołały zająć zamku szturmem i nie dysponowały ciężką artylerią, niezbyt skutecznie blokowały twierdzę. Król szukał także poparcia wśród bojarów oraz prowadził negocjacje z żołnierzami polsko-litewskimi stacjonującymi w Tuszynie pod Moskwą, gdzie służyli pretendentowi do tronu carskiego Dymitrowi II Samozwańcowi. Rozmowy przeciągały się głównie z powodu nadmiernych żądań finansowych wojska.
W styczniu 1610 roku w obozie Łże-Dymitra doszło do rozłamu. Samozwaniec, a wraz z nim część stronników, uciekł do Kaługi. Waśnie w Tuszynie były wodą na młyn wojsk cara Wasyla Szujskiego dowodzonych przez jego krewnego Michaiła Skopina Szujskiego, który przystąpił do kontrofensywy i z pomocą posiłków szwedzkich doprowadził do odblokowania w tym samym miesiącu Ławry Troicko-Siergiejewskiej, co miało dla Rosjan olbrzymie znaczenie propagandowe. Jeden z wodzów Samozwańca, starosta uświacki Jan Piotr Sapieha, wycofał się pod Dymitrów, a następnie, w marcu, nękany przez siły Skopina, do Osipowa. Obóz tuszyński znalazł się w fatalnym położeniu, szczególnie, że Możajsk został opanowany przez zwolenników Szujskiego, a Dymitr w Kałudze odcinał dostawy żywności. W tej sytuacji podkomendni Rożyńskiego w marcu opuścili Tuszyno, skąd udali się do Wołoka, a następnie do Osipowa. Skopin Szujski 22 marca wkroczył tryumfalnie do odblokowanej stolicy i choć zmarł miesiąc później, dwie armie rosyjskie, dowodzone przez Grigorija Lewontowicza Wałujewa i Jakowa Piotrowicza Boriatyńskiego oraz wspierane przez cudzoziemskich najemników, rozbiły w maju dawne siły Samozwańca pod Osipowem oraz rozpoczęły działania przeciwko opanowanej przez wojska królewskie Białej.
W obozie królewskim co najmniej od lutego rozpatrywano plan wysłania silnego oddziału wydzielonego z zadaniem rozbicia sił Skopina Szujskiego, przy czym zakładano współdziałanie z żołnierzami z Tuszyna. Pierwotnie jego dowódcą miał zostać wojewoda bracławski Jan Potocki, ale nie doszło do realizacji tego projektu, ponieważ na przeszkodzie stanęła choroba potencjalnego dowódcy. Kiedy Potocki wrócił do zdrowia, kolejnym problemem stały się wysokie zaspy śnieżne. Następnie wojewoda zaczął się targować z królem co do liczebności podległych mu chorągwi oraz ich wynagrodzenia. Nastawiony doń niezbyt przychylnie Żółkiewski sądził, że Potocki starał się uniknąć wyprawy, ponieważ liczył na rychłe zdobycie Smoleńska, obawiał się natomiast ekspedycji przeciw Skopinowi i nie przypuszczał, aby przyniosła mu ona zwycięskie laury.
Rozpad obozu tuszyńskiego i kontrofensywa wojsk Szujskiego, wspieranych przez szwedzkie posiłki, zmuszały jednak do podjęcia zdecydowanych działań, szczególnie, że car odmówił podjęcia rokowań z królem proponowanych przez stronę polsko-litewską. W związku z tym 1 czerwca na radzie wojennej król powierzył Żółkiewskiemu dowództwo nad oddziałami, które opuściły służbę Samozwańca, z zadaniem zaprowadzenia wśród nich porządku, a następnie uderzenia na wojska carskie szykujące się do przyjścia Smoleńskowi z odsieczą. Hetman miał realizować to zadanie siłami mniejszymi niż te, które wcześniej proponowano Potockiemu, bowiem mógł zabrać spod Smoleńska jedynie dwa pułki: własny i starosty chmielnickiego Mikołaja Strusia. Rozkazał zatem, aby dowódcy, którzy znajdowali się dalej na wschód, czyli Marcin Kazanowski i zastępujący Ludwika Weihera Samuel Dunikowski, skoncentrowali swe jednostki oraz dał towarzystwu cztery dni na zebranie czeladzi wysłanej w celach aprowizacyjnych poza obóz.
Zanim jednak Żółkiewski opuścił okopy smoleńskie, 6 czerwca dotarły tam wieści o zagrożeniu Białej przez oddziały moskiewskie, co zmusiło króla do zwołania kolejnej rady. W jej wyniku celem wyprawy stało się udzielenie zamkowi odsieczy, a oddziały hetmana wzmocniono o kilka dodatkowych chorągwi. Ostatecznie hetman opuścił obóz 7 czerwca wieczorem. Jego podkomendni żegnali się z obozem pod oblężoną twierdzą na raty: część oddziałów ruszyła już wcześniej w kierunku Szujska, część podążyła ich śladem dopiero 8 czerwca. Sprawiło to kłopot autorom źródeł, które różnią się między sobą co do liczby chorągwi i żołnierzy – różnica ta wynosi około tysiąca koni (2–3 tysiące), przy czym druga z liczb wydaje się być bardziej prawdopodobna.
Hetman ruszył pospiesznym marszem do Białej, ale najpóźniej 12 czerwca mógł być już pewny, że zagrożenie dla twierdzy minęło. Zdecydował się jednak kontynuować marsz w obawie, że Rosjanie pokuszą się o ponowną próbę zdobycia zamku. W Białej znalazł się dwa dni później. Po dwudniowym odpoczynku, podczas którego hetman postanowił wzmocnić załogę twierdzy i odesłać do obozu królewskiego cztery roty husarskie (500 koni), rotę kozacką (100 koni) oraz rotę pieszą (100 porcji), Żółkiewski udał się pod Szujskoje, gdzie 22 czerwca połączył się z częścią oddziałów wysłanych spod Smoleńska oraz pułkami Kazanowskiego i Ludwika Weihera.
Od końca kwietnia niemal do samej bitwy Rosjanie gromadzili pod Możajskiem siły, których zadaniem byłoby odblokowanie Smoleńska oraz rozprawa z dawnymi podkomendnymi Dymitra II Samozwańca. Na ich czele stanął brat cara Dymitr Iwanowicz Szujski. Pod koniec czerwca pod Możajsk przybyła część cudzoziemskich najemników na służbie carskiej dowodzonych przez Jakuba Pontussona de la Gardiego, którzy od strony moskiewskiej żądali zapłaty zaległego, niekiedy od pół roku, żołdu. W obozie cudzoziemców doszło nawet do tumultu, w którym udział mieli wziąć głównie Anglicy. Bunt został stłumiony, a prowodyrzy ukarani. Car przesłał cudzoziemcom 10 tysięcy rubli, które zostały wypłacone de la Gardiemu przez diaka Razriadnego Prikazu Jakowa Demidowa, ale szwedzki dowódca nie przekazał ich żołnierzom przed bitwą. Rosjanie zatrzymali w swoim obozie następne 20 tysięcy rubli w postaci sukna i futer.
Szujski nakazał Grigorijowi Wałujewowi i Fiodorowi Andriejewiczowi Jeleckiemu zająć wysuniętą pozycję pod Carowym Zajmiszczem, gdzie obaj wodzowie założyli, wybrawszy z natury obronne miejsce, ufortyfikowany obóz. Strono polsko-litewska oceniała liczebność tych sił na 6–8 tysięcy żołnierzy, choć już po bitwie kłuszyńskiej Wałujew podawał liczbę 10 tysięcy. Carowe Zajmiszcze znajdowało się w odległości 2–4 mil od Szujskoje (czyli w zależności od rodzaju mili w przedziale od 12,5 do 17 lub od około 25 do 31 kilometrów), co zmuszało Żółkiewskiego do podjęcia działań. Wojska Wałujewa stanowiły także zagrożenie dla dawnych oddziałów Samozwańca dowodzonych przez Aleksandra Zborowskiego, które stacjonowały w oddzielnym obozie i odmówiły poddania się pod rozkazy wojewody kijowskiego. Podczas koła generalnego zwołanego przez Zborowskiego, w którym uczestniczył wysłannik hetmana, rotmistrz husarski starosta tłumacki Mikołaj Herburt, zażądano od Żółkiewskiego zapłaty donatywy w wysokości 100 tysięcy złotych oraz zaległego żołdu za czas służby u Dymitra, grożąc w razie odmowy zawiązaniem konfederacji. Obiecywano jednak, że w przypadku zagrożenia podkomendni Zborowskiego wystąpią wspólnie z oddziałami hetmana.
23 czerwca hetman osobiście przeprowadził rozpoznanie pozycji moskiewskich, przy czym nie obyło się bez starć z przeciwnikiem. Dzień później odniósł poważny sukces: w wyniku zaciekłych walk, w których zginęli rotmistrz kozacki Spodwiłowski oraz Marcin Weiher, wojskom polsko-litewskim udało się zamknąć nieprzyjaciela w obozie. Żołnierze Zborowskiego, choć nie rezygnowali ze swych żądań, zdecydowali się uznać władzę hetmana, co znacząco wzmocniło jego siły. Obóz moskiewski, w którym według relacji jeńców zamkniętych było około 5 tysięcy żołnierzy, był na tyle dobrze przygotowany do obrony, że pozbawiony ciężkiej artylerii Żółkiewski nie zdecydował się na szturm, poprzestając na blokadzie pozycji rosyjskich. Po odparciu 25 czerwca dwóch wypadów rosyjskich podkomendni hetmana kierowani przez Pawła Rudzkiego zwanego Szyszem zbudowali kilka ostrożków obsadzonych przez Zaporożców, które pozbawiły Wałujewa i Jeleckiego kontaktu z Szujskim oraz dostaw żywności. Oblegający schwytali kilku, choć najprawdopodobniej nie wszystkich, posłańców wysłanych przez wodzów moskiewskich do głównodowodzącego. W obozie Żółkiewskiego zapanował optymizm, uważano bowiem, że głód i pragnienie zmuszą Rosjan do szybkiej kapitulacji, zaś oddziały Jana Piotra Sapiehy zapobiegną ewentualnej odsieczy ze strony Możajska. Hetman zachowywał ostrożność i wysyłał podjazdy w celu rozpoznania zamiarów Szujskiego. Kiedy jednak po obozie rozeszły się plotki o wielkich siłach Szujskiego, nastroje się odmieniły, a hetmana, wedle jego własnej relacji, oskarżano o zamiar popełnienia spektakularnego samobójstwa.
Można założyć, że do obozu Dymitra Szujskiego docierały wieści o opłakanym położeniu wojsk obleganych w Carowym Zajmiszczu. 1 lipca odbyła się tam rada wojenna, na której zdecydowano prawdopodobnie o ruszeniu pod Carowe Zajmiszcze, co nastąpiło dzień później. Rosjanie maszerowali traktem równoległym do głównej drogi łączącej Możajsk ze Smoleńskiem w szybkim tempie i w upalnym lipcowym słońcu, co doprowadziło do znacznych strat marszowych i wycieńczenia części żołnierzy oraz koni. We wsi Masłowoj doszło do połączenia sił głównych z oddziałami Boriatyńskigo i Everta Horna oraz Buturlina i Puszkina. Chory dowódca Francuzów Pierre de la Ville pozostał z dwoma kompaniami w Pogoriełem Gorodiszczu. 3 lipca siły Szujskiego stanęły kilka kilometrów za wsią Kłuszyno, osobno Rosjanie i cudzoziemcy. Jednak, planując dalszy marsz, nie podjęto prac fortyfikacyjnych, opasując jedynie oba obozy prowizorycznym wałem z wozów taborowych. Nie wydaje się, aby Szujski prowadził intensywniejsze działania rozpoznawcze.
Rankiem 3 lipca rotmistrz Jan Niewiadowski przyprowadził kilku jeńców, którzy oznajmili, że zamiarem Dymitra Szujskiego jest rozbicie obozu pod Kłuszynem. Niemal równocześnie pod Carowe Zajmiszcze dotarli dezerterzy z oddziałów cudzoziemskich, którzy poinformowali hetmana o niechęci kamratów do walki u boku Rosjan oraz zgłosili chęć zmiany stron. Nie była to pierwsza tego rodzaju oferta składana Żółkiewskiemu, ale tym razem postanowił on z niej skorzystać i wysłał jednego z najemników, nieznanego z imienia Francuza, z łacińskim listem nawołującym żołnierzy cudzoziemskich do opuszczenia armii nieprzyjacielskiej. Posłaniec został pojmany przez Horna, który rozkazał go powiesić, ale treść oferty stała się publicznie znana i z pewnością nie poprawiła relacji pomiędzy najemnikami a Rosjanami.
Hetman zwołał pułkowników i rotmistrzów na radę wojenną, na której zgłoszono różne propozycje dotyczące dalszego postępowania. Żółkiewski nie podjął żadnej decyzji, polecił natomiast podkomendnym, aby byli gotowi do natychmiastowego wymarszu. O wydanym dwie godziny przed zachodem słońca rozkazie wymarszu hetman zawiadomił oficerów bez użycia bębnów i trąb, zaś porządek marszu określił na piśmie. Roty ruszyły mniej więcej godzinę później. W obozie wojsk polsko-litewskich, pod dowództwem Jakuba Bobowskiego, miało pozostać 8 chorągwi husarskich i jedna kozacka, liczących w sumie około 700 koni, ponadto 200 piechoty oraz 4 tysiące Kozaków zaporoskich, a także cały tabor i prawdopodobnie większość czeladzi, co miało na celu utwierdzenie Rosjan w przekonaniu, że nadal oblega ich cała armia, a zarazem zwiększenie szybkości pochodu chorągwi hetmańskich, które czekał nocny przemarsz przez leśną, błotnistą i wąską drogę. Polacy i Litwini zabrali ze sobą jedynie konieczny ekwipunek, zapas żywności na dwa dni oraz dwa falkonety.
Tymczasem Szujski i jego podkomendni czuli się pewnie do tego stopnia, że 3 lipca wieczorem Jakub Pontusson de la Gardie podczas spotkania u Szujskiego, który przekazał mu równowartość 350 tysięcy złotych tytułem zaległego żołdu dla wojska, przechwalał się, że kiedy weźmie hetmana do niewoli, będzie miał okazję wręczyć mu futro z soboli jako rewanż za szubę z rysia, którą otrzymał od polskiego wodza w 1601 roku, kiedy sam znalazł się w rękach hetmana przy okazji kapitulacji Wolmaru. Nic zatem dziwnego, że pojawienie się nad ranem wojsk polsko-litewskich na przedpolu obozu Szujskiego doprowadziło do niemałej paniki i zamieszania, które znacznie utrudniły przygotowania do bitwy. Jak z właściwym sobie poczuciem humoru ujął to Samuel Maskiewicz: przeciwnicy wołali „siodłaj portki, dawaj konia”, co dobitnie świadczyło o panującej wśród nich konfuzji.
Marsz armii Żółkiewskiego, która miała do przebycia około 3 mil, czyli od około 19 do 23 kilometrów, trwał całą noc, czyli mniej więcej 9 godzin. Maskiewicz chwalił miejscowych przewodników, natomiast stwierdził, że pułki „zadnie” pozostały zbyt daleko z tyłu. Przyczyną tego był falkonety, które utknęły w błocie i zatarasowały drogę. Po części zawiodło także rozpoznanie hetmańskie, ponieważ dowódcy byli przekonani, że przeciwnik znajduje się około 8 kilometrów dalej na wschód, stąd o mały włos nie minęli go, zmierzając do Kłuszyna. Na szczęście odgłos trąbek alarmowych z obozu de la Gardiego i Horna skłonił ich do zatrzymania i rozpoczęcia przygotowań do bitwy.
Na podstawie źródeł ikonograficznych oraz pisanych, jak również osiemnastowiecznych rosyjskich map terenu Radosław Sikora, autor ostatniej pracy poświęconej bitwie pod Kłuszynem, ustalił, w sposób odmienny od dotychczasowej historiografii, że pole bitwy stanowiła równina zwężająca się w kierunku wschodnim, w stronę obozów sił Szujskiego, które stały w pobliżu wsi Łoszczinka (w rzeczywistości Woszczynniki). Z zachodniej strony bagna i las, ze wschodniej zaś dwie wsie, Cziernawka i Preczistoje, połączone płotami tworzyły korytarz prowadzący ze stanowisk polskich do przeciwnika. Położenie Cziernawki sprawiło, że wojska polsko-litewskie zostały rozdzielone na dwie części. Wioska została podpalona na rozkaz hetmana. Wspomniane płoty okazały się być znaczną przeszkodą, dlatego na rozkaz hetmana jego podkomendni starali się je zburzyć, jednakowoż nie wszędzie się to udało. Doprowadziło to do sytuacji, w której na lewym skrzydle oddziały Żółkiewskiego atakowały jedynie wąskimi korytarzami pomiędzy płotami lub próbowały je niszczyć, wykorzystując kopie czy własne konie, co utrudniało atak i doprowadziło do znacznych strat, także wskutek skoncentrowanego ognia piechoty nieprzyjacielskiej.
Zagadnienie liczebności walczących stron budziło szereg kontrowersji i historycy prawdopodobnie będą musieli z pokorą powiedzieć ignoramus et ignorabimus. Robert Szcześniak, autor jednej z monografii bitwy, podobnie jak większość historyków oparł się na rachunku skarbowym Komput zasłużonego wojsku moskiewskiemu stołecznemu określającym liczbę uprawnionych do donatywy, przyznanej z racji zwycięstwa kłuszyńskiego na 5556 husarzy, 290 petyhorców, 679 jazdy kozackiej, a także 200 piechoty, po czym dodał do tego 400 Zaporożców, uzyskując w ten sposób liczbę 7 tysięcy żołnierzy. Radosław Sikora zakwestionował powyższy sposób obliczania, wskazując na to, że powyższy dokument określa stany etatowe, nie uwzględniając ani ślepych porcji, ani strat poniesionych przed bitwą. Ponadto założył, sugerując się tytułem, że wyliczenie nie dotyczyło armii kłuszyńskiej, ale wojska stacjonującego w Moskwie w 1612 roku. Analiza danych podawanych przez uczestników starcia wskazywałaby, że Żółkiewski dysponował liczbą od 2700 do 4 tysięcy żołnierzy, przy czym Sikora skłaniałby się do przyjęcia tej pierwszej liczby, pochodzącej od uczestnika bitwy i pamiętnikarza Samuela Maskiewicza, Rozumowanie to zawiera jednak istotne błędy. Przede wszystkim termin „wojsko stołeczne” używany był w drugiej dekadzie siedemnastego stulecia jako określenie załogi Kremla, która weszła tam wraz z Żółkiewskim, po czym służyła pod komendą Aleksandra Gosiewskiego aż do zawiązania konfederacji 27 stycznia 1612 roku i opuszczenia Moskwy. Zatem byłyby to w większości oddziały spod Kłuszyna i Carowego Zajmiszcza. Można mieć uzasadnione wątpliwości co do wiarygodności komputu, bowiem konfederaci zawyżali stany osobowe jednostek, licząc także osoby, które znalazły się w ich szeregach po 6 lipca 1610 roku, ponadto obejmuje on jednostki, których pod Kłuszynem nie było, niemniej nie można go dezawuować en bloc.
Nie wszystkie relacje z obozu hetmana mówią o tak niskiej liczbie kombatantów w szeregach sił hetmańskich. Zaufany współpracownik kanclerza litewskiego Lwa Sapiehy Jan Hrydzicz 25 czerwca oceniał ją na około 10 tysięcy, zatem po odliczeniu sił pozostawionych pod Carowym Zajmiszczem hetman dysponowałby około 5 tysiącami żołnierzy. Nie ma także powodu, aby odrzucać świadectwa pochodzące z obozu smoleńskiego, pominięte przez Sikorę. Anonimowy autor listu z 30 czerwca oceniał, że hetman ma do dyspozycji, nie licząc Moskwy i cudzoziemców, 12 tysięcy ludzi, w tym 5 tysięcy husarii, co dawałoby, po odliczeniu oddziałów w Carowym Zajmiszczu, 7 tysięcy ludzi pod Kłuszynem. Z innego anonimowego listu wynika, że po bitwie w obozie zwycięzców było 5 tysięcy husarii, Jan Zawadzki pisał o 5500 husarzach, którzy opuścili z Żółkiewskim obóz pod Smoleńskiem, a całość jego sił szacował 3 lipca na kilkanaście tysięcy. Natomiast korespondent Stefana Zadorskiego wspominał z Wilna o 3 tysiącach husarii, 7 tysiącach kozaków oraz tysiącu piechoty, zaś Giovanni Luna pisał o 4 tysiącach husarii i 500 piechoty.
Nie do końca jasny jest podział taktyczny sił hetmańskich. Według Sikory składały się one z pięciu pułków: Stanisława Żółkiewskiego (5 rot husarskich, 1 petyhorska, 1 kozacka, 1 piesza – nominalnie 1180 koni), starosty chmielnickiego Mikołaja Strusia (3 roty husarskie, 1 kozacka, 1 piesza – nominalnie 600 ludzi), Marcina Kazanowskiego (3 roty husarskie, 2 kozackie – nominalnie 550), Ludwika Weihera, pod dowództwem Samuela Dunikowskiego (3 roty husarskie – nominalnie 300 koni) oraz Aleksandra Zborowskiego (9 rot husarskich – nominalnie 1400 koni), a także roty kozackiej Wysokińskiego o nieustalonej przynależności pułkowej.
Niemniej, jak wskazał znawca epoki Andrzej Grzegorz Przepiórka, Sikora popełnił kilka istotnych błędów: utożsamił na przykład rotę husarską Romana Różyńskiego z oddziałem Mikołaja Marchockiego, choć były to dwie różne jednostki, oraz zapomniał o rotach wolontarskich i prywatnych (których nie wykazywały rozliczenia skarbowe), które były w obozie pod Carowym Zajmiszczem – rocie kozackiej Mikołaja Strusia i chorągwi jazdy moskiewskiej z Iwanem Michajłowiczem Sałtykowem. Nie bardzo wiadomo, ilu żołnierzy przyprowadził hetmanowi Zborowski, ale prawdopodobnie było ich więcej niż 1400 koni.
Sikora określił natomiast w sposób przekonujący liczebność i organizację wojsk cudzoziemskich w służbie rosyjskiej. W siedmiu regimentach rajtarskich (Samuela Colbrone’a, Pierre’a de la Ville’a, Everta Horna, Johanna Josta von Quarnhemba, Possego i Glazerabiego) i trzech pieszych (nominalnie Samuela Colbrone’a, Reinholda Taubego i Johanna Conrada Lincka von Thurnburga) służyłoby w sumie 1830 jazdy, 1500 piechoty i 4 działa, czyli mniej niż podawał w swoich tekstach hetman polny. Ksiądz Kulesza pisał natomiast o 4 tysiącach „ludzi wybornych”.
Nie zachowały się rosyjskie źródła dotyczące liczebności wojsk Dymitra Szujskiego, co skłaniało badaczy do poszukiwania danych w źródłach polskich oraz pochodzących z kręgu najemników. Pojawiają się w nich znaczne rozbieżności. W obozie smoleńskim szacowano siły moskiewskie na 8–10 tysięcy, choć trzeba pamiętać, że część wojsk dotarła do Szujskiego niedługo przed bitwą, zatem owe wstępne szacunki mogą się odnosić do sytuacji, jaka miała miejsce w ostatniej dekadzie czerwca. Hetman Żółkiewski podał dwie liczby: 30 tysięcy w liście do króla z 5 lipca oraz 10 tysięcy więcej w Początku i progresie. Radosław Sikora tłumaczy to uzyskaniem w kilka miesięcy po bitwie informacji od Szujskiego, ale równie prawdopodobne byłoby, że hetman zawyżył liczbę nieprzyjaciół dla podniesienia wagi swego sukcesu. Na ciekawą tendencję zwrócił uwagę Sikora, wedle którego im dalej autor znajdował się od pola bitwy, tym niższe liczby podawał. Dla przykładu: nieobecny pod Kłuszynem Józef Budziło pisał o 16, zaś Luna o 15 tysiącach, podczas gdy Maskiewicz widział pod Kłuszynem 50 tysięcy żołnierzy i 20 tysięcy chłopów pełniących funkcje pomocnicze. Jednak uczestnik bitwy Thomas Chamberlayne wspominał o co najmniej 16 tysiącach Rosjan. Robert Szcześniak uznał, że pod Kłuszynem było 30 tysięcy żołnierzy moskiewskich oraz około 10 tysięcy chłopów. Radosław Sikora dla odmiany przyjął, że w obozie było najprawdopodobniej odpowiednio około 15 tysięcy żołnierzy i drugie tyle personelu pomocniczego, przy czym oparł się przede wszystkim na wskazówce Luny oraz Williama Breretona. Andrzej Grzegorz Przepiórka za najbardziej prawdopodobną uważał liczbę 16–20 tysięcy Moskwicinów.
Niezależnie od przyjętego kompletu liczb, można stwierdzić, że strona rosyjska dysponowała znaczną przewagą liczebną. Na korzyść strony polsko-litewskiej działać mogło jednak kilka czynników. Primo, jak to zwięźle ujął w swej przemowie do wojska hetman, nawiązując do antycznych wzorców: „neccesitas in loco, spes in virtute, salus in victoria”. Armia polsko-litewska, mając za plecami Rosjan Wałujewa i Jeleckiego, rzeczywiście nie mogła stanąć do bitwy w innym miejscu, a porażka skazywałaby ją na zagładę. Tylko męstwo mogło zapewnić owo zwycięstwo, stąd rzadko spotykany poziom determinacji u żołnierzy. Rosjanie nie mieli większej chęci umierać za niezbyt popularnego cara, zaś najemnicy walczyli tak długo, jak było to racjonalne z czysto wojskowego punktu widzenia. Secundo, jedynie cudzoziemcy mogli się równać z podkomendnymi hetmana pod względem wyszkolenia i doświadczenia bojowego. Armia rosyjska składała się z pospolitego ruszenia i półzawodowych strzelców, do tego przyzwyczajonych w ostatniej dekadzie do nader częstych porażek. Tertio, oddziały Szujskiego musiał nękać brak zaufania pomiędzy najemnikami a Rosjanami, a także kłopoty z komunikacją. Z przyjętego szyku wynika, że obie armie właściwie miały walczyć osobno. Dezercja ze strony nieopłaconych cudzoziemców, przechodzących na stronę polską, skutkowała prawdopodobnie nieufnością Rosjan, zaś niski poziom wyszkolenia Moskali napawał troską najemników, wśród których także nie brakło sporów: na przykład Anglicy krzywo patrzyli na Irlandczyków. Last but not least, Polacy i Litwini mieli zaufanie do swoich dowódców i wierzyli w rozsądek i doświadczenie swoich oficerów, na czele z hetmanem. Tymczasem Dymitr Szujski nie wykazywał większego talentu wojskowego, a dotychczasowe dokonania, przede wszystkim bitwa pod Bołchowem (10–11 maja 1608 roku), nie mogły napawać optymizmem.
Hetman zaskoczył przeciwnika, ale z powodu warunków terenowych, przede wszystkim wspomnianych płotów oraz zabudowań wiejskich, jak również spóźnionego przybycie części oddziałów, nie był w stanie w pełni wykorzystać sukcesu. Na prawym skrzydle postawił pułk Kazanowskiego, który miał atakować w korytarzu pomiędzy Cziernawką a niewielkim lasem, przy czym także przed jego pozycjami znajdował się płot. Dalej na lewo stał pułk Zborowskiego mający Cziernawkę po prawej stronie. Centrum trzymał pułk hetmana dowodzony przez księcia Janusza Poryckiego, zaś z tyłu, pomiędzy Zborowskim a Poryckim, znajdował się pułk Wejhera. Pułk Strusia zajął pozycję na lewym skrzydle, przy czym na jego lewym skraju znalazł się oddział Kozaków. Skrzydło to osłaniały błota i las.
Tradycyjny obraz, który można znaleźć choćby w pracy Roberta Szcześniaka, oparty przede wszystkim na hetmańskim Początku i progresie oraz pamiętniku Maskiewicza, zakładał, że Rosjanie zajęli lewe skrzydło szyku, cudzoziemcy natomiast prawe i obie strony przyjęły na siebie uderzenie odpowiednio pułków Zborowskiego i Strusia. Jednak taka koncepcja kłóci się z przedstawieniami ikonograficznymi. Zacznijmy od sztychu Jakuba Filipa, podstawy rekonstrukcji dla Radosława Sikory oraz po części Andrzeja Grzegorza Przepiórki. Zgodnie z nim szyk armii Szujskiego przybrał nie tyle postać linii prostej, co swoistych schodów. W pierwszej linii na obu skrzydłach znajdowali się cudzoziemcy rozciągnięci od Cziernawki aż po błota i las, w sumie, jak uważa Sikora, stało tam 5 kompanii piechoty z pułku Taubego oraz 10 jednostek jazdy. Natomiast gros oddziałów moskiewskich, uszykowanych w dwóch liniach, znajdowało się nieco z tyłu. W tym ujęciu główne uderzenie Zborowskiego skierowane było nie przeciw jeździe moskiewskiej, ale cudzoziemcom. Rosjanie mogli być celem jedynie dla położonych najbardziej na prawo jednostek tego pułku i dużo słabszej formacji Kazanowskiego. Podobnie heroiczny bój husarii, opisywany przez Maskiewicza, zostałby stoczony z rajtarami, a nie jazdą pomiestną.
Nie jest to jednak do końca zgodne z obrazem Szymona Boguszewicza, który umieścił Cziernawkę w centrum sił polsko-litewskich, a ponadto, w zgodzie z Anonimową relacją, naprzeciwko skrajnego prawego skrzydła Żółkiewskiego ulokował piechotę cudzoziemską, której nie ma w tym miejscu u Filipa. Oznaczałoby to, że także na tym odcinku jazda musiała przełamać piechotę, aby nawiązać styczność bojową z kawalerią wroga, w tym przypadku rosyjską. Natomiast z obrazu wyraźnie wynika, że – podobnie jak na sztychu – uderzenie husarii Zborowskiego było skierowane przeciwko rajtarom, a nie jeździe pomiestnej.
Solidny dębowy płot, częściowo zniszczony przez oddziały Żółkiewskiego, być może także przez oddziały rosyjskie poprzedniego dnia, znacząco utrudniał atakującym prowadzenie natarcia. Wyrwy miały bowiem co najwyżej około 10–15 metrów, zwykle zaś mniej, co umożliwiało uderzenie formacji, której szereg nie przekraczał 10 koni. Uderzenie bezpośrednio na płot narażało husarię na utratę impetu, broni (kopii), koni, a nawet zdrowia i życia jeźdźców. Z kolei atak przez luki pozwalał piechocie i jeździe przeciwnika na skoncentrowanie ognia i zwiększał jego celność. Hetman i jego ludzie nie mieli jednak wyboru.
Na skrajnym prawym skrzydle rota (lub roty) kozacka, możliwe, że zabitego pod Carowym Zajmiszczem Spodwiłowskiego lub Zylickiego, uderzyła na piechotę cudzoziemską, prawdopodobnie angielską i holenderską Samuela Colbrone’a, ponieważ Taube stał na lewym skrzydle, zaś Linck nie wziął udziału w bitwie. Oznacza to, że do starcia z siłami rosyjskimi na tym odcinku mogło dojść dopiero po przełamaniu piechoty, o czym źródła milczą. Natomiast z przekazu Marchockiego wynikałoby, że część rot z pułku Zborowskiego trafiła na roty dzieci bojarskich i szybko zmusiła je do ucieczki. Możliwe jednak, że rację miał Teofil Szemberg i zgodnie ze sztychem, powstałym na podstawie jego rysunku, na Moskwę uderzałyby w pierwszym rzędzie oddziały Kazanowskiego.
Obraz armii rosyjskiej uciekającej nadspodziewanie szybko z pola walki dominuje w relacjach angielskich i szwedzkich. Przekazy te korespondują z relacją Budziły, który stwierdzał wyraźnie, że Moskwa, stojąc w drugiej linii, zamiast przyjść w sukurs cudzoziemcom, uciekła z pola walki. Inne polsko-litewskie źródła wskazują co najwyżej na słaby opór wojsk rosyjskich, skupiając się na walkach z „Niemcami”. W tym świetle nieprawdziwe wydają się być oskarżenia strony rosyjskiej, jakoby zdrada części, przede wszystkim pułku Everta Horna, lub całości wojsk najemnych przyczyniła się do porażki, chyba że odniesiemy je wyłącznie do ostatniej fazy bitwy. Jednak Szujski oraz część jego podkomendnych znalazła schronienie w obozie, gdzie oczekiwała na dalszy bieg wydarzeń.
Na polskim lewym skrzydle chorągwie z pułku Strusia uderzyły na liczący 400 piechurów regiment piechoty Taubego oraz bliżej nieokreśloną liczbę kompanii z regimentu Colbrone’a. Husaria szarżowała przez wyrwy w płocie, ostrzeliwana z bliska przez muszkieterów, którzy „zaledwie nie w boki muszkiety naszym kładli”, ponosząc ciężkie straty w ludziach i koniach. Rota Strusia straciła 2 zabitych i 9 rannych towarzyszy oraz 22 zabite, 9 rannych i jednego zaginionego konia. Taka walka trwała około trzech godzin, ale po przybyciu na pole bitwy piechoty wraz dwoma falkonetami, udało się poszerzyć wyrwy i zadać pewne straty piechurom, co pozwoliło piechocie polskiej na rozbicie podkomendnych Taubego, którzy uciekli do lasu, zaś husaria wpadła na walczące w centrum kompanie rajtarów.
W centrum większość chorągwi z pułku Zborowskiego uderzyła na pułk Horna złożony z jednostek samego pułkownika oraz jednostek Possego i Quarnhemba. Obok pułk hetmański zaatakował Francuzów de la Ville’a, Flamandów Glazerabiego oraz, w dalszej kolejności, sześć kompanii angielskich. Przy czym sztych pozostaje w niejakiej sprzeczności z angielskimi relacjami pisanymi. Przede wszystkim Anglicy zostali ustawieni w trzeciej linii, za Flamandami oraz czterema regimentami Francuzów, niedaleko stanowiska de la Gardiego. Zatem trudno sobie wyobrazić, aby weszli do walki zaraz po Finach, co wyraźnie stwierdzają obie relacje. Choć Luna zarzucał im pasywność, należy podkreślić, że walczyli dzielnie. Szarżowali trzy razy, odpierając ataki Polaków. Prawdopodobnie na tym odcinku rozegrały się sceny, z takim mistrzostwem opisywane przez Maskiewicza, kiedy chorągwie husarskie osiem–dziesięć razy atakowały nieprzyjaciela, którego szyku nie były w stanie przełamać. Dopiero atak chorągwi Zborowskiego ze skrzydła rozbił przeciwnika i zmusił de la Gardiego i Horna do szukania ratunku w ucieczce.
Tutaj miała też miejsce sytuacja opisywana w całkiem odmienny sposób przez Maskiewicza oraz Breretona. Litwin przyczyn niespodziewanego sukcesu upatrywał w nieudanym ataku dwóch kornetów rajtarii, które po wystrzale pierwszego szeregu próbowały karakolu, co wykorzystała husaria, atakując z impetem i mieszając szyk przeciwnika. Prawdopodobnie tę samą sytuację Brereton opisał jako zdradę sześciuset Francuzów, którzy przeszli na stronę Polaków i zaatakowali niedawnych towarzyszy broni. Miało to nastąpić po ucieczce de la Gardiego i Horna z pola bitwy. Co ciekawe, niektóre polskie źródła podkreślały niezwykłe męstwo Francuzów.
Cudzoziemcy dalej stawiali opór, Anglicy szarżowali jeszcze czterokrotnie, choć na polu bitwy pozostało już tylko 1200–1400 Szkotów, Anglików, Niemców, Szwedów i Finów, którzy ostatecznie zostali zaatakowani jeszcze przez husarię pułku Strusia i zepchnięci do obozu. Całe starcie miało trwać około 3–4 godzin i było bardzo krwawe. Zginęło ponoć 80 najemników, przy życiu zostało 12, a spośród 6 dowódców kompanii znany jest los 5: jeden zginął na polu bitwy, dwóch zmarło z ran, jeden – raniony w głowę – przeżył, a jedynie kapitan Crale zdołał uciec bez szwanku.
Niektóre chorągwie polsko-litewskie: hetmana, Jana Daniłowicza, Aleksandra Bałabana i Mikołaja Herburta, a następnie, z lewego skrzydła: Strusia, Firleja, Dunikowskiego i Kopycińskiego przemknęły przez oba obozy w pościgu za uciekinierami. W tym czasie hetman uznał, że bitwa została wygrana i udał się na mszę, odprawianą przez jezuitę księdza Piotra Kuleszę. Tymczasem w obozie cudzoziemców zaczęły się na nowo gromadzić oddziały zbrojnych, z którymi kontakt usiłował nawiązać Szujski, wysyłając sokolniczego Gawriło Grigoriewicza Puszkina wraz z dworianinem Michaiłem Fiodorowiczem Babarykinem. Żółkiewski zorientował się w porę w grożącym niebezpieczeństwie i zebrał część rot, szykując się do dalszej walki. Chorągiew husarska Andrzeja Firleja w brawurowym ataku przełamała na jednym odcinku chroniony kobylicami szyk Niemców, co przekonało tych ostatnich o determinacji Żółkiewskiego.
Nie jest jasne, kto rozpoczął rokowania. Zdaniem Żółkiewskiego inicjatorem byli cudzoziemcy, natomiast Chamberlayne wskazywał raczej na polskich oficerów. Wycieńczeni kilkugodzinnym bojem najemnicy, pozbawieni wsparcia nie tylko Moskali, lecz także niektórych własnych oddziałów, jak regimentu Fincka, nie widzieli dalszego sensu przelewania krwi za cara. Na nic zdały się wysiłki de la Gardiego i Horna, którzy wrócili do obozu, ani wysłanników Szujskiego. Cudzoziemcy przyjęli warunki Żółkiewskiego, który w zamian za poddanie obozu proponował przejście na stronę króla z zachowaniem dotychczasowego żołdu, tym zaś, którzy nie mieli ochoty służyć pod polsko-litewskimi sztandarami, ofiarował prawo do swobodnego powrotu do ojczystego kraju. Na wieść o tym Szujski i jego ludzie uciekli z obozu, rozrzucając po nim kosztowności w taki sposób, aby spowolnić ewentualny pościg. Rosyjski dowódca dotarł do Możajska, a stamtąd czym prędzej uciekł do Moskwy. Puszkin zdołał uciec cudzoziemcom i przez bagna i lasy dostał się do Możajska, zaś Babarykin został pojmany i wydany Żółkiewskiemu. Decyzja o poddaniu obozu i przejściu nas stronę królewską pozwoliła Rosjanom na sformułowanie zarzutu zdrady, ponieważ w ich ocenie istniała jeszcze szansa na zwycięstwo.
W poważnym kłopocie znaleźli się dowódcy wojsk cudzoziemskich, przede wszystkim de la Gardie, którego angielscy żołnierze omal nie zabili, oskarżając o zagarnięcie przeznaczonych dla nich pieniędzy. Udało mu się ujść z życiem i wraz z Hornem oraz szwedzkimi i fińskimi najemnikami udał się do Pogoriełego Gorodiszcza, gdzie znajdował się chory de la Ville. Dowódca najemników obiecał hetmanowi, że nie będzie walczył w Moskwie, twierdząc jednocześnie, że nie chce wracać do Szwecji i pragnie udać się do Niderlandów. Dotrzymał słowa jedynie połowicznie, ponieważ nie walczył już przeciwko armii królewskiej w Moskwie, ale wraz ze Szwedami Gustawa II Adolfa brał udział w kampaniach przeciwko Moskalom, a w 1616 roku był jednym z negocjatorów szwedzko-rosyjskiego porozumienia.
Zmęczona armia koronna ruszyła z powrotem do Carowego Zajmiszcza, ponieważ obawiano się, że pod jej nieobecność Wałujew i Jelecki mogli podjąć kroki ofensywne i wyrwać się z oblężenia, korzystając z nieobecności większej części sił Żółkiewskiego. Obawy te były jednak płonne: Rosjanie nie podjęli bowiem żadnych działań, ponieważ nie zdawali sobie nawet sprawy z wyprawy hetmana pod Kłuszyno. W czasie marszu powrotnego wódz nakazał umieścić część rannych w swojej karecie, resztę zaś na noszach pomiędzy dwoma końmi.
Strona polska okupiła sukces znacznymi stratami. Źródła różnią w ocenie ich wielkości. Sam hetman szacował je na około 100 towarzyszy, różne spisy poległych i rannych podawały liczby w przedziale od 180 do 300 zabitych i rannych spośród wszystkich kategorii żołnierzy, a także tysiąc koni. Radosław Sikora ocenił, także na podstawie regestrów zabitych i rannych, że byłoby to około 80 zabitych i 100 rannych, zaś co do koni odpowiednio 200 zabitych i drugie tyle rannych, zaś Andrzej Grzegorz Przepiórka, wskazując na niekompletność regestrów strat, skłonny byłby podwyższyć tę liczbę. Znaczna była także rozbieżność w ocenie strat Rosjan: podawane liczby oscylowały pomiędzy 2 a 15 tysiącami żołnierzy. Poległ między innymi Jakow Boriatyński, zaś Wasyl Buturlin i Jakow Diemidow dostali się do niewoli. Straty cudzoziemców szacowano w przedziale pomiędzy stu ludźmi a 2 tysiącami, przy czym obie te liczby są niezbyt wiarygodne, jeśli zważyć wzmiankowane wcześniej straty Anglików. Strona polsko-litewska zdobyła kilkadziesiąt chorągwi, w tym należące do Szujskiego i Buturlina, 11 dział oraz szablę, szyszak i buławę rosyjskiego głównodowodzącego, a także towary przeznaczone na wypłatę żołdu dla najemników stanowiące równowartość 20 tysięcy rubli.
Przyczyn sukcesu sił hetmańskich upatrywałbym w szybkości działań wojsk polsko-litewskich połączonej ze zdolnością Żółkiewskiego do niestandardowych posunięć i elastycznego reagowania na zmieniającą się sytuacją. Hetman koronny mógł dzięki temu zaskoczyć przeciwnika i zmusić go do bitwy na przyjętych przez siebie warunkach. Drugim czynnikiem, który w mojej ocenie przesądził o sukcesie, były wyszkolenie i determinacja podkomendnych hetmana, tym bardziej widoczne, że kontrastowały zarówno z pasywną postawą, czy wręcz tchórzostwem pokaźnej części oddziałów rosyjskich, jak i z chłodną kalkulacją najemników, którzy poddali się, oceniając, że dalsza walka jest bezcelowa. Sukces nie byłby także możliwy, gdyby nie nadmierna pewność strony przeciwnej, która zaniedbała ufortyfikowania obozu, nie wysłała podjazdów, co doprowadziło do sytuacji, że de la Gardie omal nie został pojmany we własnym namiocie, a przygotowania bitewne odbywały się w chaosie i zamieszaniu. Można też przypuszczać, że wynikłe stąd zaskoczenie osłabiło morale walczących, przyczyniając się do ich kiepskiej, zwłaszcza w przypadku Rosjan, postawy.
Zwycięstwo kłuszyńskie otworzyło hetmanowi drogę na Moskwę, gdzie 27 lipca obalono Wasyla Szujskiego. Miesiąc później, 27 sierpnia, Żółkiewski zaprzysiągł wraz z bojarami traktat, w którym, w zamian za spełnienie żądań dotyczących zmiany religii i zachowania integralności państwa moskiewskiego, uzyskał wybór królewicza na cara. Nigdy nie otrzymał akceptacji dla układu ze strony Zygmunta III. W czerwcu 1611 roku król zajął wreszcie Smoleńsk, ale nie zdołał się porozumieć z bojarami, zaś w Moskwie wybuchło powstanie, co sprowokowało dowodzącego polsko-litewską załogą Aleksandra Gosiewskiego do spalenia miasta. Nieopłaceni zwycięzcy spod Kłuszyna zawiązali konfederację i opuścili Rosję ogarniętą przez antypolski bunt. Jan Karol Chodkiewicz, który zastąpił rozgoryczonego Żółkiewskiego, starał się w miarę swoich możliwości zaopatrywać polską załogę na Kremlu, ale podjęte we wrześniu 1612 roku próby skończyły się fiaskiem, a żołnierze skapitulowali 6 listopada, kiedy idąca im na odsiecz armia królewska znajdowała się pod Wiaźmą. Sobór Ziemski 3 marca 1613 roku wybrał na cara Michała Fiodorowicza Romanowa, anulując tym samym elekcję Władysława Zygmunta Wazy. Wojnę zakończył dopiero rozejm w Dywilinie podpisany w grudniu 1618 roku, który przyznawał Smoleńsk Rzeczypospolitej, kładąc jednocześnie kres marzeniom polskiej linii Wazów o panowaniu nad Rosją.