В 1632 году, решив воспользоваться наступившим в Польше после смерти Сигизмунда "бескоролевьем", Россия начала войну с Речью Посполитой за возвращение Смоленска, потерянного по Деулинскому перемирию.
В декабре 1632 г. Михаил Федорович отправил для осады Смоленска армию в 32 тысячи человек под командованием воевод М.Б. Шеина и А.В. Измайлова. Город защищал трехтысячный польский гарнизон. Но, несмотря на перевес сил, город взять не удалось.
В августе 1633 г. на выручку смоленскому гарнизону подошла польская армия под командованием короля Владислава (23 тыс. чел., по другим данным - 40 тыс. чел.). Польская армия предприняла несколько попыток овладеть ключевой позицией стоявшей в осаде русской армии на Покровской горе. Первые атаки поляков были отбиты, но после двухдневного сражения российские воеводы, потеряв надежду отстоять свои позиции, решили покинуть Покровскую гору. Взятие Покровской горы досталось полякам малой кровью. По их свидетельству, они не ожидали быстрого взятия столь мощных укреплений (насыпанные там валы равнялись по высоте смоленским стенам). После этой крупной неудачи русские, уже сделавшие к тому времени ряд удачных подкопов под смоленские стены, перешли к обороне. Шеин отдал инициативу Владиславу, который не преминул воспользоваться пассивностью российского командования.
В октябре 1633 г. войско Владислава взяло Дорогобуж, где находились крупные запасы провианта. Затем польская конница обошла русский лагерь и заняла дорогу, которая связывала Шеина с Москвой. В результате осаждавшие превратились в осажденных. Предпринятая попытка прорвать кольцо окружения окончилась неудачей. Потеряв до 2 тысяч человек, русские отступили в свой лагерь.
С наступлением зимы отрезанная от баз снабжения армия Шеина стала страдать от холода и нехватки съестных припасов. Эпидемии, голод и потеря надежды на помощь извне вынудили Шеина вступить в переговоры. 15 февраля 1634 г., так и не дождавшись подкреплений из Москвы, он подписал капитуляцию. По ее условиям русское войско отпускалось домой со знаменами и личным оружием (без артиллерии) с обязательством четыре месяца не воевать против Польши. В обратный путь отправилось лишь 8 тысяч чел. Еще 2 тысячи больных остались под Смоленском на милость победителей. Полякам достался огромный военный трофей — 300 русских пушек. Шеину разрешили взять с собой лишь 12 именных орудий.
Это была одна из самых крупных неудач русской армии в XVII столетии. В Москве командующие армией — Шеин и Измайлов были признаны виновными в поражении и публично казнены на Лобном месте. Однако успех Владислава под Смоленском был сведен на нет упорной обороной крепости Белая, гарнизон которой остановил дальнейшее наступление польского войска.