Za cenę ustępstw terytorialnych wobec Karola IX Wazy podpisał 10 marca 1609 roku w Wyborgu traktat pokojowy, który gwarantował wsparcie armii szwedzkiej dla cara oraz zobowiązywał obie strony do prowadzenia wspólnej polityki przeciwko Rzeczypospolitej Obojga Narodów.
Na odsiecz Moskwie ruszyła kilkunastotysięczna armia szwedzka, która połączyła się z wojskami księcia Michała Skopin Szujskiego. Przymierze szwedzko-rosyjskie stało się pretekstem do interwencji zbrojnej Zygmunta III Wazy w Rosji i rozpoczęcia wojny polsko-rosyjskiej.
Na jesieni 1609 roku car Wasyl IV zorganizował kontrofensywę, która miała na celu odparcie wojsk króla polskiego spod Smoleńska. Armia księcia Dymitra Szujskiego, idąca na odsiecz twierdzy smoleńskiej, po drodze pokonała pod monasterem Troicko-Sergijewskim siły Dymitra II, co spowodowało, że obóz cara tuszyńskiego musiał odstąpić od oblężenia Moskwy i ewakuować się do Kaługi. Samozwańca opuściła też znaczna liczba bojarów. Na początku 1610 roku przewodzący tej grupie możnych rosyjskich metropolita rostowski Filaret rozpoczął pertraktacje z Zygmuntem III Wazą, podczas których proponował tron moskiewski królewiczowi polskiemu Władysławowi Wazie.