Войска на Смоленск из Москвы выступили 15 мая 1654 г. Блестящий церемониал выступления царских войск из столицы наблюдал литовский агент: «Несомненно, что этот поход открыл москве глаза и показал ей, до какой степени она могущественна… московскую молодежь более 10 лет обучали иностранные непоследние офицеры. Теперь-то, конечно, польские паны узнают… каким неприятелем так пренебрегали»[12]. В память победоносного похода Алексея Михайловича в 1654 г. на польского короля, по заказу правительства была изготовлена официальная книга «в лицах» по полкам с изображением всех полковых знамен, расписанная казенными иконописцами и живописцами, которая однако до наших дней не дошла.
Легко заняв Дорогобуж и Белую, русское командование превратило Дорогобуж в базу для броска к Смоленску. Осадив в конце июня — начале июля Смоленск, русские войска начали осадные работы, а часть армии двинулась дальше, развивая наступление вглубь Великого княжества Литовского. Основной целью для них было поражение литовской армии кн. Януша Радзивилла, который отступал, не решаясь на сражение. Преследуя его, кн. Я.К. Черкасский со своим полком в конце июля взял Оршу, а в августе, наконец, настиг под Шкловом и разбил кн. Я. Радзивилла (10000 чел.). Наступающим русским войскам открыл ворота Могилев. Под Смоленском попытка взять крепость штурмом 15 августа закончилась безрезультатно, и командование интенсифицировало осадные работы, склоняя одновременно гарнизон крепости к сдаче. Потеряв надежду на помощь, гарнизон Смоленска под давлением горожан капитулировал, и 23 сентября русские войска вступили в город.
За время осады Смоленска юго-западная армия кн. А.Н. Трубецкого заняла Рославль (27 июня), штурмом взяла Мстиславль (12 июля) и, переправившись через Днепр, под Борисовым разбила войска кн. Я. Радзивилла и Винцентия Корвина Госевского, подскарбия великого и гетмана польного Великого княжества Литовского. После поражения Я. Радзивилла и В. Госевского в конце августа кн. А.Н. Трубецкой взял Дубровну, Шклов и Горы. В то же самое время И.Н. Золотаренко с казаками захватил Гомель, Чечерск и Новый Быхов. Северо-западная армия В.П. Шереметева, заняв сдавшийся Невель, 17 июля взяла Полоцк и развивая наступление на Витебск, заняла Дисну, Друю и Усвят. Осадив Витебскую крепость в середине сентября, В.П. Шереметев смог взять ее штурмом лишь 17 ноября.
В течение сентября — ноября 1654 г. псковский воевода, посылая небольшие летучие отряды — подъезды, взял Резекне, Люцин и Лужу, заняв все Лифляндское воеводство Речи Посполитой. Осенью русская армия была частично распущена до весны, на гарнизонной службе в завоеванных землях остались полки нового строя и стрельцы, чем попытались воспользоваться польско-литовские войска. Осаждавший Старый Быхов с конца августа И.Н. Золотаренко в середине ноября вынужден был отступить в Новый Быхов.
В ноябре 1654 г. поляки предприняли наступление на Украине. В декабре 1654 г. В.Б. Шереметев со своим товарищем Ф.В. Бутурлиным с Белгородским полком присоединились к Б. Хмельницкому и в январе 1655 г. разбили польско-крымское войско под Ахматовым.