Минуло 20 лет с начала войны. «Юбилейный» 1578 год прошел под знаком военной и дипломатической подготовки обеих сторон к решающим битвам. Ивану IV не удалось добиться установления союзнических отношений с новым германским императором Рудольфом. Империя с тревогой смотрела на успехи русских войск в Прибалтике. Заключение пятнадцатилетнего перемирия с Данией сделало Фредерика III союзником царя в предстоящей войне с Речью Посполитой. Продолжалась и война со Швецией, в ходе которой на сторону противников России перешел герцог Магнус. Ощутимой потерей был Венден, который русским войскам не удалось вернуть, несмотря да двукратные попытки штурмовать крепость. Зато Баторий, заключив осенью мир с крымским ханом, обеспечил себе тылы и мог вести подготовку к походу. В Вильне были созданы мастерские по отливке пушек, сюда свозились амуниция и продовольствие. Средства предоставил сейм, разрешив новое обложение польского и литовского крестьянства. Баторию удалось даже нанять отряд из 600 запорожских казаков. Вербовались наемники в Венгрии и Германии. Баторий сделал попытку создания армии из крестьян. Однако этот проект в 1579 г. не был осуществлен. Пришлось ограничиться 10-тысячным конным войском, выставленным литовскими панами.

Стремясь предотвратить выступление польского короля, в декабре 1578 г. Иван Грозный принимает решение о новом походе на Ливонию. Поход не мог уже предотвратить вторжения польско-литовских войск. Летом 1579 г. войска Батория направились к Полоцку — ключевому пункту на Двине. Отряды венгров, литовцев и поляков начали осаду новой деревянной полоцкой крепости, воздвигнутой по распоряжению Грозного к северу от перестроенного им Высокого замка. По словам Батория, русские во время осады показали, что в защите крепостей они превосходят другие народы. Войскам польского короля не удалось разрушить крепость раскаленными ядрами, которыми осаждающие вели обстрел. Лишь 30 августа после кровопролитной осады Полоцк пал. Вслед за Полоцком в руки Батория перешли и другие крепости Полоцкой земли — Сокол, Туровля, Суша, Дрисса. И на этот раз, как и осенью 1567 г., когда в поход выступил Сигизмунд II Август, нервы у царя Ивана не выдержали. Падение Полоцка было для него полной неожиданностью. Иван Грозный спешно выехал в Москву, послав к Баторию гонца с мирными предложениями.

Положение России осложнялось и тем, что страна находилась в изоляции. Если против нее выступали совместно Речь Посполитая и Швеция, то России, напротив, приходилось вести войну на два фронта, ибо с 1580 г. возобновились набеги крымского хана. Кроме того, в результате хозяйственного разорения не хватало ни людских, ни денежных резервов для продолжения войны. Стремительный рост государственных налогов с 40-х до 80-х годов XVI в. в 5–6 раз был все еще недостаточен для поддержания роскоши царского двора, содержания многочисленного войска и продолжения разорительной войны. Церковный собор 15 января 1580 г. под давлением царя принимает решение о запрете земельных вкладов в монастыри и о конфискации новоприобретенных монастырями земель. Эти полумеры не могли эффективно решить вопрос финансового и людского обеспечения Ливонской войны, Народ устал от кровопролития, на соборе раздавались голоса о необходимости скорейшего заключения мира.

Дабы обеспечить себе поддержку империи против Батория, Грозный весной 1580 г. согласился примкнуть к антиосманскому союзу, идею которого постоянно пропагандировали папа и император. К ним был направлен Истома Шевригин. Но эта запоздалая дипломатическая акция не изменила хода войны.

Летом 1580 г. начался второй поход Батория на Россию. Польский король обрушил свой удар не на Смоленск, как это ожидалось, а на север — на Великие Луки, которые являлись сборным пунктом для войск, направляющихся в Ливонию. Угроза отрезать Прибалтику от России была совершенно реальной. Крепость, находившаяся в глубоком тылу, давно обветшала, ее гарнизон был не подготовлен к длительной обороне. Несмотря на успешную вылазку и захват королевского знамени в первые дни осады, 4 сентября 1580 г. Великие Луки пали. Крепость была сравнена с землей, ее жители и воины, проявившие беспримерное мужество при защите города, убиты. Но дальнейшее продвижение польско-литовских войск было приостановлено.

Парализованный случившимся Иван Грозный не принимал никаких серьезных мер к обороне государства, рассчитывая только на дипломатические переговоры. Он готов был отдать все земли в Ливонии, кроме Нарвы. Весной 1581 г. Грозный уже соглашался отказаться от всей Ливонии, за исключением двух-трех крепостей, а также Полоцка, с тем чтобы король вернул ему Великие Луки. Уступчивость царя только подогревала воинский пыл Стефана Батория.

Целью нового похода Батория был Псков. 20 августа 1581 г. авангард хорошо дисциплинированной 50-тысячной польской армии во главе с королем и гетманом Яном Замойским появился у стен древнего русского города. Пять месяцев продолжалась прославленная в веках псковская оборона. Опытный военачальник князь Иван Петрович Шуйский умело распределил войско (50 тыс. пехоты и почти 7 тыс. конницы) вдоль внешних стен, крепостных сооружений, делившихся на четыре части: детинец, или Кромы, Довмонтов город, Средний и Окольный город, располагавшиеся между реками Великой и Псковой и имевшие протяженность около 10 км. Город был хорошо снабжен порохом, снарядами и продовольствием. Один из участников осады писал: «Пушки у них отличные и в достаточном количестве… достанется нашим батареям и насыпям». Он не ошибся. Польско-литовское войско несло большие потери от круглосуточного обстрела позиций.

Чтобы подойти к Пскову, Баторий распорядился копать «траншеи», «борозды» с южной стороны крепости Окольного города. Землей, вырытой из этих траншей, прикрывались орудия, установленные против Покровской и Свинусской башен. Псковичи стали укреплять Окольный город и за каменными стенами возводить вторую деревянную стену. В ров около башен вбивали заостренные колья.

7 сентября начался артиллерийский обстрел башен южной стены Окольного города. Башни были пробиты, удалось сделать пролом стены около 50 м длиной. На следующий день польско-литовские войска и отряды венгерских наемников, закованные в латы, прикрывшись щитами, ринулись в пролом. Под звон осадного колокола церкви Василия на Горке выступили мужественные защитники. Но, несмотря на ожесточенную защиту, неприятелю удалось занять Свинусскую и Покровскую башни. Метким огнем из пушки «Барс», стоявшей на Похвальской горке Окольного города, псковские пушкари снесли верхние ярусы этих башен. Какие-то безымянные герои проникли в подземную часть Свинусской башни и взорвали ее вместе с неприятелем. К защитникам крепости присоединилось гражданское население Пскова. Мужчины и женщины стреляли из ружей, поливали осаждающих кипящей водой, забрасывали их камнями и горящими факелами. Женщины подавали пить раненым, уводили их со стен города. Попытка штурма показала, что такую крепость, как Исков, лобовым ударом взять не удастся. Польско-литовские войска перешли к осаде города. Они начали устраивать минные подкопы, сделали попытку «подсечь» каменную стену у Покровской башни кирками. Неоднократно возобновлялся артиллерийский обстрел города.

Последняя попытка штурма (2 ноября) показала непреклонность защитников города. На льду р. Великой, откуда двинулось польско-литовское войско, осталась гора трупов, сраженных артиллерийским обстрелом псковичей. Под стонами Пскова Баторий убедился в суровой решимости русского народа отстоять честь и независимость родной страны. «Русские при защите городов не думают о жизни, хладнокровно становятся на место убитых или взорванных действием подкопа и заграждают грудью, день и ночь сражаясь; едят один хлеб, умирают с голоду, но не сдаются», — писал позднее один из свидетелей псковской обороны иезуит Антонио Поссевино.

Начиналась зима, и польско-литовское войско оказалось в трудных условиях. Войска страдали от холода, терпели нужду от недостатка продовольствия. Не хватало фуража, пороха и ядер, ощущалась острая нужда в деньгах. Ослабла дисциплина. День ото дня очевиднее становилась бесперспективность осады.

Неудача осады Пскова и Печерского монастыря, лютая стужа и болезни подрывали боевой дух осаждавшего Псков войска. 4 января была предпринята вылазка на неприятельский лагерь, которая стоила жизни 300 защитникам Пскова, но не привела к успеху.

Война Речи Посполитой с Россией зашла в тупик. В мире нуждалась и Россия. В Прибалтике перешли в наступление шведы. Возобновились набеги крымцев на южные окраины. Посредником в заключении мира выступил папа Григорий XIII, который считал этот момент весьма подходящим для привлечения России к церковной унии. Подобно своим предшественникам, он не оставлял надежды на расширение влияния папской курии на восточную часть Европы. Папский посол Антонио Поссевино проехал через Польшу, где говорил польскому королю о продолжении войны с Россией, рисуя картины расширения католического государства: Баторию суждено-де сыграть роль второго Карла Великого. Интриги ловкого иезуита облегчила ему проникновение в Россию. Грозный охотно принял посредничество римского папы и уполномочил его легата на переговоры с Баторием.

Переговоры начались в середине декабря в небольшой деревушке Яме Запольском. Русская сторона требовала возвращения Великих Лук, Заволочья, Невеля, Холма и псковских пригородов. Польские послы пытались было потребовать от России включения в перемирные грамоты и Швеции, выставляя Польшу союзником шведского короля, но потерпели неудачу. Основным камнем преткновения был вопрос о Ливонии. Поляки настаивали на признании всей Ливонии польской территорией, русские требовали возвращения им хотя бы нескольких крепостей для оправдания титула «ливонского государя», который носил Грозный и на который претендовал и Баторий. Русским удалось добиться сохранения только Новгородка Ливонского. 5 января 1582 г. в Яме Запольском было заключено десятилетнее перемирие, согласно которому Речи Посполитой были переданы подвластные России города в Ливонии, а также Велиж и Полоцк. Речь Посполитая поступалась Великими Луками, Себежем и другими русскими землями, занятыми польско-литовскими войсками.

Ям-Запольский мир нанес серьезный удар по престижу русского государя. В перемирной грамоте он вновь назван «великим князем», а не «царем». В его титуле отсутствовали и слова «царь Казанский и царь Астраханский». Особо подчеркивалось посредничество папского посла Поссевино, а тем самым русский государь как бы признавал авторитет главы католичества.

Неудачно складывалась и война со Швецией. Осенью 1581 г. пали Корела, Нарва, Ям и Копорье. 10 августа 1583 г. Россия заключила со Швецией перемирие в Плюссе. Шведы получили Северную Эстонию и русские города Ям, Копорье и Ивангород. Снова только узкая полоса устья Невы связывала Россию с Балтийским морем. Вновь вставал вопрос о путях торговли с Северной и Западной Европой.

Ливонская война была проиграна. Историческую задачу получения свободного выхода в Балтийское море решить не удалось. Виной тому были многие объективные причины — как сложное внутриполитическое положение страны, так и трудности внешнеполитического порядка. России приходилось вести напряженную войну с сильным противником и на Западе, и на Востоке. И все же Ливонская война была событием мирового значения. В ходе ее был сокрушен Ливонский орден, жесточайший враг эстонского и латышского народов. Были созданы предпосылки включения Прибалтики в состав Российской империи в начале XVIII в.