Тем временем поляки двинулись в поход. Ходкевич вплотную подошел к Можайску и начал методичный артиллерийский обстрел города. Войско Лыкова стало нести большие потери. Кроме того, возникла угроза голода из-за невозможности подвезти продовольствие.
Вся надежда теперь связывалась, как и раньше, с именем князя Дмитрия Пожарского. К этому времени он достиг Боровска и укрепился у стен Пафнутьева монастыря, контролируя Можайскую дорогу. Сюда к нему пришло подкрепление, посланное из Москвы, — отряд из шестисот семидесяти московских, костромских и ярославских дворян под командованием Григория Волконского, астраханские стрельцы и татарские всадники, которых привел мурза Кармаш.
Теперь воевода мог приступить к выполнению главной задачи — выводу войска Лыкова из осажденного Можайска. В эти августовские ночи свирепствовали грозы. Воспользовавшись кромешной тьмой и проливным дождем, загнавшим поляков в шалаши, Пожарский направил к Можайску свои конные сотни, которые вывели войско Лыкова из города, оставив в нем лишь осадный гарнизон под командованием воеводы Федора Волынского. 6 августа Лыков благополучно достиг Боровска и оттуда пошел к Москве. Пожарский двинулся следом, прикрывая от поляков отступавшую армию.
Когда опасность миновала, Пожарский получил приказ срочно двигаться к Серпухову, чтобы остановить надвигавшуюся с юга армию запорожских казаков Петра Сагайдачного. Но здесь его вновь настиг очередной приступ болезни. В бессознательном состоянии он был отправлен в Москву. Оставшийся за Пожарского Григорий Волконский не сумел помешать переправиться казакам через Оку и поспешно отступил к Коломне, открыв Сагайдачному дорогу на Москву.
Отсутствие Пожарского привело к расколу в его войске: казаки повздорили с дворянами и, ссылаясь на голод, отправились для «кормления» под Владимир. Здесь они расположились в вотчине Мстиславского, грабя всех в округе. Исключение было сделано лишь для владений Пожарского, которого казаки уважали и любили. В Москву доносили: «В Вязниках у казаков в кругу приговорено, чтоб им боярина князя Дмитрия Михайловича Пожарского в вотчины, в села и в деревни не въезжати и крестьян не жечь и не ломать и не грабить». Крестьяне князя безбоязненно могли ездить в казацкий табор для продажи хлеба и других припасов. Москва послала к казакам гонцов, уговаривая их вернуться на цареву службу. Но казаки отвечали, что будут служить только у Пожарского.
Тем временем отход армии Лыкова вызвал в Москве смятение. Вдобавок ночью над столицей повисла кроваво-красная комета. «Быть Москве взятой от королевича!» — кричали юродивые на папертях. В Кремль ворвалась толпа служилых дворян. Их предводители — нижегородцы Жездринский, ярославец Тургенев, смолянин Тухачевский — обвинили бояр в измене. Лишь появление государя помешало кровавой расправе.
Бояре отдали приказ вывести полки из Замоскворечья в поле, напротив лагеря Ходкевича, к которому с юга шли на соединение казаки Сагайдачного. Однако, простояв день, русские воины ушли за стены столицы.
В этот день царь Михаил пригласил к себе на обед Дмитрия Михайловича Пожарского, едва оправившегося после болезни. Чувствуя свою вину за прошлую обиду, Михаил был крайне любезен. В знак особой милости он подарил князю позолоченный кубок и соболью шубу, а дьяк, вручавший награды, перечислил все боевые заслуги воеводы. Князь пообещал, что, пока его рука удерживает саблю, полякам Москвы не видать.
Он занял со своим войском западную часть стен Белого города, ожидая, что именно отсюда Ходкевич предпримет штурм. Его предположения подтвердили два французских сапера, перебежавшие из польского стана.
После полуночи 30 сентября 1618 года польская пехота двинулась к Земляному валу. Взорвав деревянные ворота, они проникли внутрь города и подошли к Арбатским и Тверским воротам Белого города. Пожарский приказал открыть Арбатские ворота и во главе своих всадников помчался на польскую пехоту. Не выдержав яростной атаки, те ударились в бега. К утру Земляной город был очищен от врага.
Понеся большие потери, Ходкевич отступил от столицы в сторону Троицкого монастыря. Но и там его встретили огнем орудий. Несолоно хлебавши гетман увел войско на свою старую стоянку в Рогачево. Казаки Сагайдачного отступили к Калуге, но город захватить им не удалось, вдобавок часть казаков во главе с полковником Жданом Коншиным перешла в стан русской армии.
Королевич не захотел оставаться еще на одну зимовку в этой негостеприимной стране, тем более что сейм не соглашался более на выделение новых средств для ведения войны. В деревне Деулино, в трех верстах от Троицкого монастыря, начались переговоры. 1 декабря 1618 года было заключено перемирие на четырнадцать с половиной лет. Его условия были крайне невыгодны для России: король получил более тридцати городов на Смоленщине и Черниговщине. Новая граница проходила теперь недалеко от Вязьмы, Ржева и Калуги. Не отказался Владислав и от своих притязаний на русскую корону.
Только через полгода на реке Поляновке произошел обмен пленными. Получили наконец свободу отец царя, митрополит Филарет, прославленный смоленский воевода Михаил Борисович Шеин и брат прежнего, уже покойного, государя — Иван Шуйский. В Можайске Филарета встретил посланный царем Дмитрий Пожарский. Обнажив голову, он подошел к старцу и прикоснулся губами к его худощавой руке, принимая благословение. Филарет порывисто обнял воеводу за плечи.
— Благодарю тебя, князь, за все, что ты сделал для России! Слава о твоих подвигах широко пошла. Даже наш заклятый враг, канцлер литовский Лев Иванович Сапега, у которого я в заточении пребывал, называл тебя не иначе как «великий богатырь».
Пожарский смущенно опустил голову, он не любил пышных славословий. Всю дорогу он ехал рядом с санями, рассказывая Филарету о московских новостях. У самой Москвы на речке Пресне их поезд поджидал царь. При виде отца он пал ниц, Филарет вылез из саней и встал на колени, приветствуя государя. Оба плакали, не стесняясь слез, потом наконец бросились друг другу в объятия. Затем отец вновь сел в сани, а Михаил шел пешком до самого Кремля.
Через несколько дней гостивший в Москве Иерусалимский патриарх Феофан посвятил Филарета в патриархи. Отныне все грамоты писались так: «Великий государь, Царь и Великий князь Михаил Федорович всея Руси и Святейший патриарх и великий государь приказали…» И это не было пустым славословием. Патриарх Филарет действительно стал соправителем сына, ни один царский указ не подписывался без его совета, даже послов они принимали вдвоем. Инокиню Марфу Филарет тотчас отстранил от государственных дел, наказав ей быть постоянно в Вознесенском монастыре.