W pierwszej połowie XVII wieku Połtawa to część zadnieprzańskich dóbr książąt Wiśniowieckich. W roku 1630 została oddana Bartłomiejowi Obałkowskiemu, w 1641 r. przeszła do Stanisława Koniecpolskiego i po raz pierwszy nazwana miastem. Mniej więcej w tych latach Połtawa uzyskała prawo magdeburskie, choć feudałowie nadal wtrącali się w sprawy miasta. W tych czasach pracowali w Połtawie garncarze, kowale, szewcy.
Po powstaniu Chmielnickiego Połtawa stała się centrum administracyjnym i wojskowym pułku połtawskiego w składzie Hetmanatu. W tym czasie Połtawa rozwija się aktywnie pod względem kulturowo-gospodarczym – budowano monaster Podwyższenia Krzyża Świętego, w mieście mieszkali i pracowali twórcy kronik kozackich Samuel Wełyczko i Hryhorij Hrabianka, poeta Iwan Wełyczkowski.
Pod rządami rosyjskimi W 1654 r. Połtawa przeszła w ręce Carstwa Rosyjskiego, w 1658 r. zdobyta i zniszczona przez Kozaków. Rzeczpospolita oficjalnie zrzekła się prawa do Ukrainy Lewobrzeżnej w tym Połtawy w 1667 r. w rozejmie andruszowskim.