На цей час фактично вже велися бойові дії, які розпочалися 9 травня на Чорному морі нападом запорозької флотилії на турецькі судна, що прямували до майбутнього театру сухопутних воєнних дій. Козаки потопили кілька десятків османських кораблів, зокрема 9 галер, що перевозили важкі гармати. Султан Осман II, окрилений перемогою над поляками у битві під Цецорою 1620 року, вів на війну 300 тисяч вояків. Але польський король Сигізмунд III Ваза не знайшов дієвих союзників серед європейських країн і не зміг зібрати потужну армію.

Тож, готуючись до війни, ще в січні через єрусалимського патріарха Феофана, що в 1620 році перебував з місією в Україні, звернувся по допомогу до козаків. Запорожці, зібравшись на раду, вирішили, що візьмуть участь у відбитті нападу османів на Річ Посполиту, але за умови, що польська влада задовольнить конфесійні вимогу православної церкви, визнає архієреїв, нововисвячених Феофаном, що мав особливі повноваження від Вселенського патріарха. Ось так тоді Конашевичу-Сагайдачному вдалося відновити статус православної церкви та Київську митрополію.

Війна на суходолі розпочалася маршем польсько-литовських підрозділів під орудою великого гетьмана литовського Ходкевича, що 8—19 серпня переправилися на правий берег Дністра до міста Хотин, де одразу почалося облаштування табору. Одночасно під Могилевом через Дністер переправилися українські козаки Якова Бородавки. 25 серпня до козацького табору прибув Петро Конашевич-Сагайдачний, якого запорожці одразу обрали гетьманом замість Бородавки.

Чисельність польсько-литовського війська (разом з іноземними найманцями і слугами) сягала 43 тисяч люду при 28 гарматах. Козаків було 45—47 тисяч при легких 23 гарматах, у турків було 250 гармат і чотири слони.

Розпочавши наступ під Хотином, османи спочатку вдарили по козаках, що були стомлені тривалим переходом і не встигли укріпити свій табір. Та запорожці відбили турків. Два дні турецька армія штурмувала козацький табір, але безуспішно.

Після чергової атаки козацький загін сам пішов у наступ, вибив османів з їхніх позицій і вдерся в турецький табір. Зібравшись із силами, противник відновив атаки.

Битва під Хотином тривала чотири тижні. У Європі у той час була пасивна тактика ведення бойових дій, а Сагайдачний взяв на озброєння активні дії — флангові атаки, швидкість козацьких маневрів, масовані рушничні обстріли противника.

Козаки здійснювали вдалі вилазки і нічні рейди, що завдавало тяжких втрат османам та пригнічувало їхній бойовий дух. Кілька ночей запорожці вдиралися в табір ворога і безперешкодно знищували сонних ворогів. В одному з боїв загинув чи не найталановитіший воєначальник турків Каракаш-паша. Кажуть, що султан, почувши звістку про його смерть, кричав: «Не буду ні їсти, ні пити, поки ви мені не приведете того Сагайдачного!».

До початку жовтня османи 17 разів штурмували запорожців та 10 разів позиції польсько-литовського війська. Як сказано у літописі від Аксентія, «Битва була виграна завдяки мужності козаків, які були на боці королевича, бо вони щодня робили вилазки проти ворога. Якби не козаки, то хто знає, що сталося би з коронним військом. Османи знали, що козаки дуже сильні, і тому кидали основні свої сили проти них, вони говорили, що коли справляться з козаками, то з військом Речі Посполитої впоратися набагато буде легше. Не було такої ночі, щоб козаки не нападали на османський табір, і приходили звідти з великою здобиччю».

Не маючи змоги подолали козацький опір та почувши звістку про підхід свіжих сил супротивника, султан змушений був розпочати мирні переговори, що фактично означало його військово-політичну поразку. 9 жовтня було укладено Хотинський мир, який поклав край не лише війні, а й посяганням Османської імперії на Європу.

На честь Хотинської битви Папа Григорій XV та Папа Урбан VIII встановили день пам’яті переможців і відправляли спеціальну службу. Перемога під Хотином, що мала велике міжнародне значення, оспівана в багатьох творах мистецтва. Одну зі своїх робіт із циклу «Звитяжні перемоги українського війська» присвятив козакам, що вкрили себе безсмертною славою під мурами фортеці, і баталіст із Києва Андрій Серебряков. На його полотні «Гетьман Сагайдачний у битві під Хотином 1621 року» (на знімку) — одна з миттєвостей звитяжного бою, що у XVII столітті визначив долю усієї Європи.