W rzeczywistości po odparciu Tatarów, którzy uczynili więcej hałasu niż szkód, Kozacy mogli się skoncentrować na oddziałach polskiej lewej flanki i w twardym boju odzyskali utracone pozycje. Dwukrotnie jeszcze przeprowadzane przez Sobieskiego i centralne oddziały uderzenia nie przyniosły sukcesu, podobnie jak na prawym skrzydle, którego zadanie polegało na powstrzymaniu wroga. Bitwa pozostała nierozstrzygnięta, przynosząc walczącym stronom zbliżone straty. Kozacy schowali się w obozie, świadomi swojej wartości w walce pozycyjnej, w oparciu o wały i silnie umocniony tabor, Lubomirski zaś, kiedy następnego dnia znów się do niego zbliżył, stwierdził – tu posłużmy się słowami Ossolińskiego – „że jest potężnie ufortyfikowany, a zapał jego wojska cokolwiek mniejszy niż dnia poprzedniego”.
Wbrew wcześniejszym wywodom w wielu książkach historycznych pokutuje przekonanie, że pod Słobodyszczami Polacy i Tatarzy odnieśli zwycięstwo, łamiąc „ducha zaczepnego” przeciwnika i niszcząc w nim wolę jakichkolwiek kroków ofensywnych. Jednym tchem można wymienić autorów skłaniających się ku takiemu poglądowi: Antoni Hniłko, Otton Laskowski, Jan Wimmer, Paweł Jasienica snujący opowieść o tym, że „spieszącego z pomocą Chmielniczenkę pobił Lubomirski częścią swych sił…”. Nawet Wójcik napisał, że wprawdzie Lubomirski nie zdołał wygrać bitwy, „ale wprowadził w szeregi nieprzyjaciół niepokój i zamieszanie, paraliżując od razu jakąkolwiek akcję ofensywną z ich strony”.
To jednak bardziej sfera pobożnych życzeń niż faktów, ponieważ owego ducha walki, tylekroć wskazywanego w różnych opracowaniach, w Kozakach zabrakło od samego początku kampanii. Były słowa i pozory, ale nie było za grosz chęci do jej toczenia. Już nazajutrz po bitwie Lubomirski odszedł z większością sił pod Cudnów, przyzywany tam pilnie przez Potockiego, który bał się, że Szeremietiew wymknie się z matni, a do zasłony przed Chmielnickim pozostało jedynie parę setek jazdy koronnej i połowa ordy. Ale przez cały następny tydzień kozacki hetman nie ruszył z odsieczą carskiemu wojewodzie. Był do niej tak samo nieskory jak wcześniej do marszu w kierunku Cudnowa. Nadciągał ze swoimi mołojcami w żółwim tempie, robiąc wszystko, żeby z realną pomocą dla Szeremietiewa nie zdążyć. Jeśli nie on osobiście był za taką sytuację odpowiedzialny, to z pewnością część starszyzny, której bynajmniej nie uśmiechał się sojusz z Moskwą. Wielu pułkowników, całkiem niedawno obdarzonych szlacheckim klejnotem, z niekłamaną estymą odnosiło się do Rzeczypospolitej i wolałoby wrócić na jej służbę niż podlegać Moskwie. Poza tym wykrwawianie się dwóch ościennych potęg bez udziału przyglądających się temu spektaklowi Kozaków stanowiło dla nich jak najbardziej pożądany scenariusz. I raczej te okoliczności, nie zaś wypad Lubomirskiego pod Słobodyszcze czy brawurowe szarże jazdy dowodzonej przez Sobieskiego, w skuteczny sposób powstrzymały odsiecz Chmielnickiego, który – tak jak ojciec – chwiał się w politycznych wyborach. Tyle że ulepiony był z zupełnie innej gliny, po wypaleniu o wiele bardziej kruchej; podobno w czasie bitwy wpadł w panikę i zupełnie utracił kontrolę nad sobą, krzycząc, że w wypadku ocalenia zostanie mnichem. Słowa z własnej woli nie dotrzymał.
Podczas gdy w obozie kozackim trwały gorączkowe rozważania, co należy czynić, propolskie stronnictwo agitowało za porozumieniem z hetmanami, a Chmielniczenko wysyłał kłamliwe listy do Szeremietiewa i cara, zapewniając o zwycięstwie nad Lachami i o swojej lojalności, pod Cudnowem dopełnił się los otoczonej armii wojewody. Carski wódz dwukrotnie podjął próbę wyrwania się z polskiego oblężenia, ale kleszcze zaciśnięte przez Potockiego i Lubomirskiego okazały się dla jego żołnierzy niemożliwe do rozwarcia. Podczas całodziennego boju 14 października jego oddziały zdołały się posunąć kilka kilometrów w kierunku Słobodyszcz, skąd – taka nadzieja towarzyszyła Szeremietiewowi – miał nadciągnąć Chmielnicki, ale zostały osadzone w miejscu i otoczone szańcami oraz zasiekami. Udziałowi chorążego koronnego w walce Korzon poświęcił zdanie: „Tego dnia Sobieski miał zabite pod sobą dwa konie, ale też wielu położył Moskali, celnie strzelając z łuku w gęstą ich masę”, czerpiąc z treści wydanego w 1661 roku rymowanego dzieła Samuela Leszczyńskiego pt. Potrzeba z Szeremetem, hetmanem moskiewskim, i z Kozakami w roku Pańskim 1660 od Polaków wygrana, w której „Sobieski się dowoli nacieszył, a z tego, / że lubego wybierał, strzelał z łuku swego,/ Tak szczęśliwie, że razu nie chybił jednego, / Prawda, że chybić nie mógł z miejsca tak bliskiego”. Fakt, że pod starostą jaworowskim zabito dwa wierzchowce, obrazuje zaciekłość boju, ale także – o czym sam był przekonany – cudowne działanie różańca, z którym się nie rozstawał. Kule latały wokół, sztychy i ciosy zadawane wszelakim żelastwem przecinały powietrze bądź odbijały się od pancerza dzielnego junaka, ale żadna ze śmiercionośnych broni nie uczyniła mu większej krzywdy.
Niemal natychmiast po niepowodzeniu Szeremietiewa, nie czekając na dalszy rozwój wypadków i nie interesując się jego losem, hetman kozacki rozpoczął układy. Do ich prowadzenia z polskiej strony skierowano czterech komisarzy, wśród nich Sobieskiego, który już po raz drugi w dość krótkim czasie występował w podobnej roli. Siedemnastego października podpisano tzw. ugodę cudnowską, pod którą widnieje podpis chorążego koronnego. Zgodnie z jej postanowieniami Kozacy porzucali cara i powracali na łono Rzeczypospolitej, potwierdzając niedawne ustalenia unii hadziackiej, ale już bez punktów odnoszących się wcześniej do Księstwa Ruskiego. Co oznaczało, że w ciągu zaledwie siedemnastu miesięcy od jej zaprzysiężenia dokonywali już po raz drugi niespodziewanej wolty, przesuwając polityczną busolę o sto osiemdziesiąt stopni, a przy okazji tracąc wywalczone wcześniej przywileje i pozycję. Żaden inny europejski naród nie wystawiał swoich żywotnych interesów na podobny hazard. Konsekwencje takiego zachowania miały się okazać dla Kozaków fatalne.
Oblężenie rosyjskiego obozu pod Cudnowem, grafika z XVII wieku.
Szeremietiew oczywiście otrzymał wieści o zdradzie Chmielnickiego, po której rozpoczęły się niepokoje wśród Kozaków Cieciury, ale jeszcze nie upadał na duchu. Liczył na ostatni atut, jaki mu pozostał w talii blotek: ciągnącą z Kijowa, silnie chronioną przez blisko sześć tysięcy żołnierzy karawanę koni i wozów z zapasami żywności dla jego wygłodzonych, nękanych zimnem i chorobami żołnierzy. Dowodzącemu nią Jurijowi Bariatyńskiemu nie dane było jednak dojść do Cudnowa. Naprzeciw niemu wyruszył Sobieski z częścią konnicy i Rosjanie, nie ryzykując starcia, zawczasu wycofali się do Kijowa. Teraz dopiero carski wojewoda uznał się za pokonanego i postanowił skapitulować. Podpisał wszystko, co dano mu do podpisania, i zobowiązał się do wydania nie tylko wszystkiego, co posiadał w obozie, do „siekier włącznie”, ale również wielkiej części Ukrainy z Kijowem, Perejasławem, Czernihowem; przyrzekł też w imieniu swojego władcy wypłatę liczącego miliony odszkodowania. Ale były to czcze zapewnienia, które Szeremietiew firmował jedynie własnym słowem, głową zaś miał je gwarantować. No i przyszło mu niemal dwadzieścia kolejnych lat spędzić w tatarskiej niewoli, car bowiem nie zamierzał honorować przyjętych warunków rozejmu. Szeremietiew pojechał w pętach na Krym, gdyż przyjęte ustalenia za nic mieli również Tatarzy; zachłannie wyciągnęli łapy po carskiego wodza i jego żołnierzy, w których obronie padło kilkudziesięciu polskich piechurów.
Ciekawe, czy hetmani koronni, zawierając z wojewodą układ na tak ciężkich dla Moskwy warunkach, choć trochę wierzyli w jego wykonanie. Wiara w tym wypadku równałaby się bezdennej naiwności,