Wyprawa przeciwko Szeremietiewowi doprowadziła do osaczenia armii kozacko-moskiewskiej pod Lubarem. Po kilkudniowych walkach carskiemu wodzowi udało się wyrwać i przesunąć pod Cudnów. Tu jednak został ponownie osaczony. Sytuacja oblegających była jednak trudna, ponieważ ze wschodu maszerowała czterdziestotysięczna armia kozacka pod wodzą Jerzego Chmielnickiego. Na szczęście dla wojsk koronnych, syn Bohdana Chmielnickiego był człowiekiem pozbawionym talentu i przebojowości. Nawet Szeremietiew z lekceważeniem wypowiadał się o kozackim hetmanie, że nadawałby się jedynie do pasania gęsi.
Wieści o dotarciu Kozaków pod Słobodyszcze, oddalone zaledwie o 27 kilometrów od Cudnowa, zmusiły Polaków do energicznych działań. Opracowany przez Jerzego Lubomirskiego plan zakładał podzielenie sił na dwie części. Jedna z nich, pod jego osobistym dowództwem, miała ruszyć na Słobodyszcze, druga, dowodzona przez hetmana wielkiego Mikołaja Potockiego, miała za zadanie blokować Szeremietiewa.
7 października 1660 roku wyruszyła do akcji wyborowa dywizja Lubomirskiego. Około 10 tysięcy Polaków dostało wsparcie od 6 tysięcy Tatarów. Hetman polny nie obciążał się taborem, wiódł niewielu piechurów i działa małego kalibru. Mimo to maszerował śmiało na niespodziewającego się ataku przeciwnika. Przed południem pierwsze oddziały pojawiły się pod Słobodyszczami i zastały Kozaków zupełnie nieprzygotowanych do walki. Tabor był nie zatoczony, konie na pastwiskach, a żołnierze rozproszeni. Bez chwili wahania jeźdźcy Jana Wyhowskiego i ordyńcy rzucili się na stado koni i pilnujących ich pastuchów.
Dwie godziny przed zachodem słońca, po przebrnięciu bagnistej rzeki Piątek, na plac boju przybyły główne siły hetmana polnego. Lubomirski od razu ustawił swe wojska w tradycyjnie polski szyk bitewny z jazdą po bokach, a piechotą i artylerią w centrum. Przeciwko nim wyszła część zaporoskiej piechoty z zadaniem obrony jedynego przejścia przez rzekę Hniłopiat. Widząc to, Lubomirski zamierzał odłożyć atak na dzień następny, ale wobec stanowczych żądań żołnierzy i oficerów, dał rozkaz do natarcia. Najpierw ruszyła dragonia, która wspomagana przez artylerię wyparła Kozaków znad przeprawy. Pierwszy rzekę przebył pułk Jana Sobieskiego, a za nim reszta wojska. Po wyrównaniu szyku Polacy ruszyli do frontalnego ataku. Lewe skrzydło Lubomirski powierzył Sobieskiemu. Chorąży koronny wraz z 4 tysiącami żołnierzy miał zadać decydujący cios. 2 tysiące ludzi stanęło w centrum i tyle samo na prawym skrzydle, dowodzonym przez Andrzeja Sokolnickiego.
Polacy ruszyli do szturmu z wielkim animuszem i nie zważając na straty wdarli się do kozackiego obozu. Szałowi bitewnemu ulegli także oficerowie z dowódcą prawego skrzydła Sobieskim na czele, którego zapalczywość powstrzymał dopiero Stefan Bidziński. W centrum na wały wdrapali się piechurzy i zdobyli kozackie armaty. Przeciwnik skrył się za rzędami wozów, ale jak notował kronikarz: „Piechoty nasze, wszelkie Polaków rycerstwo, luźni przytem i ochotnik za panami po desperacku postępował”. Wróg nie wytrzymał natarcia i rzucił się do ucieczki. Zwycięstwo było na wyciągnięcie ręki, ale wynędzniali polscy żołnierze, nie zważając na rozkazy, zaczęli plądrować obóz. W tej chwili do akcji wkroczyli Tatarzy, którzy od czoła zaatakowali uciekających Kozaków. Ci zaś, nie widząc szans w starciu z ordyńcami, wrócili do zdobytego przez Polaków obozu. Zaskoczenie było całkowite. Rozproszeni zdobywcy musieli uchodzić w popłochu.
Jeszcze tego samego wieczora, dwukrotnie bezskutecznie, szturmowano nieprzyjacielski obóz. Mimo to, bitwę należy uznać za sukces. Słabsi liczebnie Polacy byli o krok od zdobycia ufortyfikowanego taboru. Na placu boju padło 300 szturmujących i aż 4 tysiące oblężonych, co wstrząsnęło kozacką starszyzną. Starając się wybrnąć z trudnej sytuacji, wysłali oni list z propozycją sojuszu do Safer Gireja nuradyna sołtana. Ten jednak nie tylko pokazał pisma Lubomirskiemu, ale zalecał Kozakom porozumienie z Polakami. Do pierwszych negocjacji doszło w nocy z 7 na 8 października. Kanonada spod Cudnowa, gdzie z oblężenia próbowała się wyrwać armia Szeremietiewa, przerwała negocjacje. Lubomirski, ponaglany listami hetmana wielkiego, ruszył na Cudnów. Tam właśnie zdecydowały się losy porozumienia z Kozakami, którzy widząc klęskę armii moskiewskiej, zgodzili się podpisać umowę cudnowską. Negocjowali ją ze strony kozackiej: Hrehory Leśnicki, Michał Haneńko, Iwan Krawczenko, Piotr Doroszeńko. Polaków zaś reprezentowali: Michał Czartoryski, Jan Sobieski, Jan Szomowski i Andrzej Sokolnicki. Po burzliwych negocjacjach 17 października podpisano ugodę, na mocy której Kozacy wracali pod polską protekcję na warunkach unii hadziackiej. Decyzję o powstaniu Księstwa Ruskiego pozostawiono królowi. Układ był sporym sukcesem, ale okazał się iluzją, jak wiele układów polsko-kozackich w XVII stuleciu.
