Звістка про підписання унії з Польщею підштовхнула царя видати звернення до козаків, у якому їх закликали до повстання проти «зрадника» Виговського. Московські війська та супротивники Виговського з козацьких лав, у тому числі й запорожці, захопили контроль над південною частиною Гетьманщини. Навесні 1659 року Виговський видав власне звернення, де пояснював, що цар порушив угоду з козаками й зазіхає на козацькі права та вольності. Він покликав на допомогу своїх кримських союзників і атакував московське військо, що наступало. Конотопська битва, що відбулася в червні 1659 року неподалік від нинішнього російсько-українського кордону, завершилася для Виговського блискучою перемогою. Московське військо, що налічувало близько 70 тисяч вояків, було розбито, до 40 тисяч загинуло, а цвіт московської кінноти був знищений. Татари рушили далі, спустошуючи південні кордони Московської держави. Москву заповнили чутки, що цар збирається залишити столицю.
Виговський так і не рушив на Москву. Незважаючи на перемогу під Конотопом, московські гарнізони втрималися в Україні, а повстання проти гетьмана набирало сили серед козаків. Звістка про ратифікацію Гадяцької унії польським сеймом надала йому додаткового імпульсу. У версії угоди, затвердженій сеймом, не було низки обіцянок, які давали Виговському польські представники на переговорах. Вона обмежувала територію нового князівства Київським, Брацлавським та Чернігівським воєводствами, хоча гетьман прагнув включити до нього й землі сучасної Західної України, зокрема Волині й Поділля. Також обмежувався козацький реєстр — до 30 тисяч осіб, що разом із 10 тисячами найманого війська становив 40 тисяч, або на 20 тисяч менше, ніж Хмельницький отримав під час переговорів із царем відразу після Переяславської ради. Юрій Немирич особисто вирушив до Варшави, щоб захистити справу Гадяцької унії перед сеймом. «Ми народилися у свободі, виховані у свободі, і, як вільні люди, ми повертаємося до неї», — сказав він депутатам. Вони затвердили унію, але не в тому вигляді, як хотіли Немирич та Виговський. Коли гетьман отримав виправлений текст, то сказав кур’єру, що той привіз йому смерть.
Тепер більша частина козацької еліти розглядала Виговського як зрадника. Немирич загинув у сутичці з супротивниками гетьмана. Інших козацьких делегатів до польського сейму було покарано на козацькій раді, скликаній ворогами Виговського. Сам Виговський був змушений утекти. Він переміг у всіх битвах, де йому доводилося битися — і проти власних опонентів під Полтавою, і проти московських військ під Конотопом, — але програв суперечки у власних лавах щодо питання відносин із Польщею. Пішовши у відставку з посади гетьмана, він виїхав до контрольованої королем Центральної України, де став старостою Бара на Поділлі, зберігаючи свій титул київського воєводи та місце в польському сенаті. Це було єдине положення Гадяцької унії, яке дійсно було виконано.
Гетьманство Виговського відкрило нову сторінку в історії козацької України — сторінку, позначену внутрішніми чварами та братовбивчою війною. Оскільки сил самих козаків було недостатньо, щоб захистити Гетьманщину, кожен, хто обіймав посаду гетьмана, був змушений підтримувати єдність у козацьких лавах, одночасно маневруючи між провідними державами регіону. Мало хто міг упоратися з таким завданням. Хмельницькому вдавалося тримати козацьку старшину в шорах, застосовуючи такі дисциплінарні заходи, як приковування порушників ланцюгами до гармати, як він зробив з підбурювачем погромів 1648 року, полковником Максимом Кривоносом, або навіть страчуючи козацьких заколотників. Виговському не вдалося зберегти єдність у козацьких лавах. Це завдання знову дісталося синові Хмельницького Юрію, якого переобрали гетьманом після скинення Виговського. Династія повернулася, та шлях до вирішення українських проблем від цього не став ближчим.
Юрій Хмельницький прийшов до влади восени 1659 року за підтримки козацьких старшин, які вважали, що можуть досягти угоди з царем на умовах не гірших, ніж це вдалося старому Хмельницькому. Вони прорахувалися. Коли Юрій Хмельницький та його прибічники почали переговори з московитами, то самі загнали себе в пастку. Нова козацька рада, скликана за ініціативою московського воєводи й оточена 40-тисячним московським військом, затвердила обрання Хмельницького, але на умовах, що зменшували права та привілеї, надані його батькові. Відтепер на вибори гетьмана потрібен був спеціальний дозвіл царя, і гетьман не мав права проводити власну зовнішню політику або призначати полковників без згоди Москви. Московські гарнізони мали розміщуватися в усіх великих містах Гетьманщини.
Перехід Виговського на бік поляків призвів не до нових поступок з боку Москви, як на це сподівалися його опоненти, а до скорочення колишніх прав Гетьманщини. Царські урядовці хотіли, щоб їхні піддані зрозуміли, що вони не потерплять порушень союзу з Московією за жодних обставин. У січні 1660 року московські воєводи надіслали Хмельницькому повідомлення, що доводило цю тезу. До родового маєтку молодого гетьмана в Суботові був доправлений труп Данила Виговського, брата колишнього гетьмана та двоюрідного брата Юрія Хмельницького, яким потрапив до рук московитів під час невдалої атаки на московський гарнізон у Києві. Викрадачі Данила закатували його до смерті. Те, що гетьман побачив у труні, змусило його розплакатися. «Усе його тіло було розірване на шматки батогами, очі виколоті, очні впадини залиті сріблом, вуха вивернуті навиворіт свердлом і залиті сріблом, — повідомляв польський дипломат, який перебував там у той час. — Його пальці були порізані. Ноги були розрізані вздовж жил. Одне слово, це була нечувана дикість».
Якщо цар і його урядовці хотіли залякати молодого гетьмана та його оточення, то вони не досягли своєї мети. За даними того ж джерела, прибуття замордованого тіла козака не лише змусило Хмельницького розплакатися, а й викликало обурення у його дворі. Молода вдова Данила Виговського прокляла вбивць свого чоловіка. Відплата настала пізніше, того ж року. Восени 1660 року під час битви між московським військом та польськими загонами, яких підтримували татари, молодий Хмельницький та його військо перейшли на інший бік, присягнувши на вірність польському королю. Московське військо було розгромлено, а його командувач провів 20 років у кримському полоні.
Хоча ця польська перемога й потішила козаків, вона жодним чином не зміцнила Гетьманщини. Козаки повернулися під юрисдикцію короля на умовах навіть менш сприятливих, ніж ті, що пропонувалися за версією Гадяцької угоди, затвердженої польським сеймом. З нового договору навіть викреслили саму назву князівства Руського, таку важливу для козацьких авторів Гадяцької унії. Щоразу, як козаки переходили на інший бік у московсько-польській війні за контроль над Україною, вони втрачали нові й нові частини свого суверенітету. Тиск, що чинився на козацьку державу з боку її набагато потужніших супротивників — Московського царства та Польського королівства, незабаром став занадто сильним для Гетьманщини й розколов її на дві частини вздовж Дніпра.
1660 року, коли Хмельницький розташував свою штаб-квартиру на правому березі Дніпра, лівобережні полки за підтримки Московії обрали власного гетьмана. Хмельницький організував низку походів, щоб упокорити бунтівні полки, однак не зміг досягти своєї мети. Цей регіон був розташований близько від московського кордону, і царські воєводи зміцнювали тут свою владу. На початку 1663 року 22-річний гетьман у повному розпачі подав у відставку та пішов до монастиря. Це стало офіційним кінцем об’єднаної Гетьманщини. Того ж року правобережне козацтво обрало гетьмана, підпорядкованого Польщі, у той час як лівобережні козаки обрали гетьмана, який визнав верховну владу Московії.
1667 року московські та польські дипломати підписали Андрусівське перемир’я, що розділило козацьку Україну: Лівобережжя відійшло до Москви, а Правобережжя — до Польщі.
Стара Гетьманщина не здалася без бою. Полковник Петро Дорошенко, нащадок одного з найвідоміших козацьких родів, повів на битву тих, хто виступив проти поділу держави, яку вони вважали своєю справжньою вітчизною. Прадід Дорошенка був гетьманом у 1620-ті роки, його батько служив полковником за часів Богдана Хмельницького. Уродженець Чигирина, Петро почав свою службу при дворі гетьмана. Обійнявши посаду полковника, він узяв участь у низці дипломатичних місій, у тому числі в переговорах зі шведами, поляками й московитами. Він навіть очолив одне з козацьких посольств до Москви. Прихильник Юрія Хмельницького, він опинився на Правобережжі, і 1665 року місцеві козаки обрали його гетьманом.
Новина про майбутній поділ козацької України шокувала козацьку еліту, і Дорошенко переміг на виборах під гаслом нового повстання проти поляків і об’єднання України по обидва боки Дніпра. Як колись Богдан Хмельницький, Дорошенко розраховував на підтримку кримських татар. Разом вони атакували польські війська восени 1667 року, змусивши короля дарувати автономію Правобережній Україні. Потім Дорошенко переправився через Дніпро та взяв під контроль Лівобережжя, де вже спалахнуло повстання проти Москви. Невдоволення народу було викликане діями царських урядовців, які намагалися провести перепис населення з метою оподаткування. Новина про поділ України за Андрусівською угодою перетворила це невдоволення на відкрите повстання.
Уже будучи гетьманом Правобережної України, Дорошенко був обраний гетьманом і на лівому березі. Козацька Гетьманщина знову стала єдиною. Але ця єдність тривала недовго. Невдовзі Дорошенку довелося залишити Лівобережжя, щоб боротися з польським наступом та новим гетьманом, якого підтримували поляки. Тим часом московські війська окупували лівий берег. Тепер єдиною надією Дорошенка стали турки. У липні 1669 року султан Мехмед IV надіслав йому нові посадові знаки, у тому числі гетьманську булаву та прапор. Султан брав Дорошенка та його козаків під свою протекцію на тих самих умовах, що й Молдавію та Волощину: в обмін на протекцію вони мали виставляти військо за першим його закликом. Землі, що на них претендував Стамбул, включали не лише козацьку Україну по обидва боки Дніпра, а й руські землі аж до Вісли на заході та Німану на півночі. Це був амбітний план, а умови, здавалося, сприяли зусиллям козаків втілити мрії Хмельницького 20-річної давнини та взяти під контроль усі руські землі Речі Посполитої. Цього разу турки не лише запропонували гетьману знаки влади, а й прислали війська на його підтримку. 1672 року 100-тисячне турецьке військо перетнуло Дунай і за підтримки кримських, волоських, молдавських і тепер уже й козацьких васалів рушило проти польських сил. Вони просунулися набагато далі Хотина, місця вирішальної битви, що відбулася півстоліття тому, й обложили фортецю Кам’янець на Поділлі. Розташована на прямовисній скелі й оточена глибоким яром, вона вважалася неприступною, але впала за 10 днів облоги османами. Невдовзі військо султана обложило Львів. Поляки попросили миру й відмовилися від претензій на Поділля та Середнє Подніпров’я. Дорошенко та його прихильники мали б святкувати перемогу.
Та сподівання Дорошенка не були втілені в життя. Турки взяли Кам’янець та прилегле Поділля під свій безпосередній контроль, а козаки отримали в управління свої старі володіння в середній Наддніпрянщині замість незалежної держави. Продовжувати наступ на Лівобережжя чи на північ, до Волині та Білорусі, ніхто не збирався. Та це був лише початок Дорошенкових проблем. Османи перетворили частину християнських церков на мечеті та дозволили татарам збирати ясир у регіоні, чим спричинили обурення населення. Підтримка Дорошенка зменшувалася з такою ж швидкістю, як і населення Правобережжя, бо місцеві мешканці втікали і на схід, і на захід. Багато людей переселилося на лівий берег, де Москва розправилася з опозиційною козацькою старшиною, поставила лояльного гетьмана та сприяла економічному відродженню краю. Правий берег перетворився на руїну, давши це ім’я цілому періоду української історії.
