Жолкевскому удалось незаметно подойти к расположению русских и проделать проходы в окружавшем лагерь плетне. Гетман не стал ждать подхода немецких ландскнехтов с Фальконетами, а скомандовал общую атаку. Предварительно он приказал зажечь деревню, чтобы противник не смог использовать ее в качестве опорного пункта. Пехота Делагарди успела огнем задержать польскую конницу и тем выиграла время для построения русско-шведского войска в боевой порядок. Наемная пехота и стрельцы сдержали натиск польской кавалерии из отряда Жолкевского, но казаки и польско-литовские всадники Зборовского опрокинули московскую конницу. Отступая, та расстроила ряды собственной пехоты. Конница и пехота в беспорядке отступили в обоз, где имелось 18 пушек. Конница Жолкевского в это время несколько раз атаковала войска Делагарди, но не могла прорвать их фронт. Только с появлением на поле боя немецких ландскнехтов с Фальконетами произошел окончательный перелом. Огонь фальконетов разрушил значительный участок плетня, и свежий отряд пехоты опрокинул пехоту шведов. Затем атаки неприятеля не выдержала и конница Делагарди. На ее плечах пехота и конница Жолкевского ворвалась в шведский лагерь. Гетман предложил наемникам почетную капитуляцию, и 3 тысячи из них ее приняли, перейдя позднее на службу в польское войско.
Увидев разгром отряда Делагарди, русские воеводы стали спасаться бегством в лес. Поляки и казаки их не преследовали, занятые грабежом лагеря. Вскоре капитулировали и Валуев с Елецким в Царево-Займище. Делагарди с остатками своего войска ушел в Швецию.
После Клушинского сражения бояре свергли Василия Шуйского и насильно постригли его в монахи. Они избрали на трон сына Сигизмунда королевича Владислава. Жолкевский подошел к Москве и расположился лагерем на Хорошевских лугах. С другой стороны к столице подошли Лжедмитрий II вместе с литовским магнатом Яном Сапегой и заняли Коломенское. Гетману удалось договориться с Сапегой, чтобы тот ушел в Северскую землю. «Тушинский вор» остался в одиночестве и отступил в Калугу. Вскоре он был убит в результате заговора своих сподвижников.
21 сентября 1610 года по просьбе боярского правительства из 7 человек (так называемой «Семибоярщины») Жолкевский ввел в Москву гарнизон из 3,5 тысячи поляков и 800 немецких пехотинцев и в октябре отбыл к королю под Смоленск.
«Семибоярщина» не пользовалась популярностью. Для борьбы с ней в Рязани началось формирование земского ополчения во главе с воеводой Прокопием Ляпуновым. Оно состояло из дворян, детей боярских, стрельцов, добровольцев из числа посадских людей, а также даточных людей, выставляемых по набору дворянами из числа собственных крепостных. К ополчению присоединились бывшие тушинцы из Калуги и Тулы во главе с князем Дмитрием Трубецким и атаманом Иваном Заруцким, а в феврале 1611 года — Нижний Новгород и ряд городов Среднего Поволжья и Севера. В начале марта ополчение двинулось к столице.
В самой Москве 19–20 марта произошло антипольское восстание, подавленное гарнизоном во главе с польным гетманом Гонсевским. В восстании участвовали посадские люди, часть московских дворян и группы пробравшихся в Москву ратников ополчения. Одним из вождей восставших был князь Дмитрий Пожарский, будущий руководитель Второго ополчения. Для подавления восстания поляки подожгли город. Удержать Кремль и другие стратегические пункты полякам помог срочно переброшенный из Можайска полк Струся. После того как многие деревянные дома сгорели, повстанцы ушли из Москвы и присоединились к подходившему к столице ополчению.
Гонсевский бросил навстречу ополчению Ляпунова 700 кавалеристов во главе со Струсем. Этот полк разбил передовой отряд казаков Просовецкого. Польским всадникам удалось прорвать один из фасов подвижного укрепления — гуляй-города, устроенного казаками. После этого люди Просовецкого в беспорядке отступили.
24 марта главные силы ополчения подошли к Симонову монастырю и построили вагенбург. Поляки атаковали лагерь, но были отбиты и заняли оборону на стенах монастыря.
Вскоре в рядах ополчения возникли разногласия между бывшими тушинцами и земскими людьми. Ляпунов был убит казаками, после чего земское ополчение отступило от Москвы. У города остались тушинцы во главе с казачьим атаманом Заруцким и князем Дмитрием Трубецким. Но у них не хватало сил для полной блокады столицы, и польский гарнизон получал снабжение от королевской армии, стоявшей у Смоленска. Однако осаждавшие Смоленск шляхта и наемники были утомлены осадой крепости. После взятия Смоленска 2 июня 1611 года Сигизмунд, оставив в городе гарнизон, вынужден был, опасаясь мятежа, распустить свою армию и вернуться в Польшу. Тем временем шведы, воспользовавшись отзывом русских сил из Новгородской земли к Москве, летом 1611 года заняли Новгород, Псков и Тихвин.