Сразу после поражения Млоцкого в Серпухове Лжедмитрий вновь нашел общий язык с поляками, направив против города свое войско из Калуги. Стали незамедлительно прибывать воеводы Шуйского, которые совместно с крымскими татарами попытались дать бой у Серпухова. Но в результате в бой пошли татары, а москвичи остались в самом городе. В итоге татары были разбиты, и Лжедмитрий во второй раз захватил Серпухов.
Вскоре польские войска самозванца нашли ему замену. Кандидатом на московское царствование, который устраивал как поляков, так и русских бояр, стал царевич Владислав, сын польского короля Сигизмунда III. Условие у московской знати было лишь одно - чтобы Владислав принял православную веру. Поляки без боя взяли Москву, а Лжедмитрий II стал с этого момента никому, кроме небольшой части казаков, не нужным.
Однако шло время, а Владислав не принимал православие. Серпуховом от имени самозванца в ноябре 1610 года владел Феодор, Савинов сын, Плещеев. Московским боярам в результате захвата под Серпуховом двух "языков" из стана Лжедмитрия стало известно, что один священник по имени Илларион ехал из Москвы в Калугу через Серпухов с письмами для Лжедмитрия. В письмах было воззвание к самозванцу идти изгоном к Москве, истребить поляков, а Москва и многие города готовы ему присягнуть на верность.
На конец февраля 1611 года у пана Н.Мархоцкого есть следующая запись: "Тем временем опасность все возрастала. Прошел мясопуст, наступил пост. Ляпунов в далеких краях собирал войска и восстание все разрасталось. Дошло до того, что имея совсем немного людей, пан Гонсевский вынужден был послать на разгром Серпухова ( так назывался один из восставших городов) Кшиштофа Васичинского с несколькими хоругвями". Разгром Серпухова, однако, не помешал Ляпунову собрать ополчение, и в конце марта 1611 года его войска осадили Москву и начали сражаться с поляками. Ляпунов погиб под Москвой. Первое Ополчение, не достигнув цели, было распущено.
Смута в Серпухове оставила след в архитектурном облике города.Памятниками Смутного времени являются постройки Владычного монастыря, возведенные на вклад Бориса Годунова. Икона святого царевича Дмитрия с драгоценным окладом, вложенная во Владычный монастырь Василием Шуйским в 1607 году, - памятник сражению под Серпуховом на реке Восьме. Большой редкостью является отражение конкретных исторических событий в археологическом материале. В Серпухове при археологических раскопках на Соборной горе удалось получить как раз такой уникальный материал. В южной части Серпуховского кремля удалось обнаружить слой угля, перемешанный с остатками печей. В этом слое были обнаружены серебряные и медная монеты Ивана Грозного и Бориса Годунова. В слое было огромное количество находок - фрагменты и целые предметы быта, украшения, вооружения.