После убийства Прокопия Ляпунова собранное им ополчение разбежалось по домам. У стен Москвы остались лишь бывшие сторонники "Тушинского вора", а власть в их лагере перешла в руки предводителя донских казаков Ивана Заруцкого. Атаман находился в близких отношениях с женой обоих Лжедмитриев Мариной Мнишек и предложил посадить на русский престол ее сына Ивана (родился в браке с Лжедмитрием II). При таком раскладе Заруцкий на правах регента при малолетнем царе на полтора десятилетия становился фактическим правителем государства.
Однако данная перспектива не радовала даже сторонников из его подмосковного лагеря, а патриарха Гермогена, находившегося в это время в плену у поляков в Москве, она и вовсе привела в ужас. Получив новости о развале ополчения Гермоген отправил в Нижний Новгород, последний крупный оплот народного сопротивления, грамоту в которой воззвал к нижегородцам постоять за святое дело освобождения Руси от иноземных захватчиков. Данное послание зачитали на главной площади города, после чего с проповедью выступил протопоп Саава, призвавший горожан встать на освобождение Русского государства от оккупации католиками. Следующим слово взял купец и по совместительству земской староста Кузьма Минин, который предложил народу "всем миром" собрать деньги на наём военных специалистов и организацию похода на Москву. Данные речи нашли отклик в сердцах нижегородцев и вскоре был дан старт на сбор Второго народного ополчения.
На роль военачальника был выбран князь Дмитрий Пожарский, ожесточенно сражавшийся на улицах Москвы во время похода первого ополчения. Пожарский прибыл в Нижний Новгород 28 октября 1611 года и вместе с Мининым приступил к набору военной силы. Благодаря собранным средствам в войске было установлено денежное довольствие: служилые люди первой статьи получали 50 рублей в год, второй статьи — 45 рублей, третьей — 40 рублей. Это позволило быстро привлечь большое количество наемников со всех окрестных областей. В конце февраля 1612 года войско выступило из Нижнего Новгорода и направилось в сторону столицы. Большинство городов на пути народной армии добровольно переходило на ее сторону, а города остававшиеся верными полякам были захвачены силой. В апреле армия Пожарского достигла Ярославля, где остановилась на 4 месяца. За это время ополченцы сформировали временное правительство и сумели перетащить на свою сторону окрестные города ранее симпатизирующих полякам. В результате освободительное войско разрослось до 10 000 хорошо вооруженных воинов
Также Пожарский сумел заключить перемирие со Швецией и его марионеточным Новгородским государством. После разгрома царской армии в Клушинской битве шведские наёмники, не получившие обещанной Шуйским платы за свои услуги, начали захватывать новгородские земли. Вскоре их отряды штурмом взяли крепости Корела, Ям, Ивангород, Копорье и Гдов, а 16 июля 1611 года был захвачен и Новгород. 25 июля 1611 года шведского короля объявили покровителем независимого Новгородского государства, а его сын Карл стал Новгородским великим князем. В ходе переговоров между шведами и ополченцами Карл был выдвинут в качестве кандидатуры на русский трон. В это же время князь Пожарский провёл переговоры с послом германского императора, который в обмен на свою помощь предложил в русские цари двоюродного брата императора, Максимилиана. В результате шведы и немцы для защиты своих интересов прислали на помощь ополченцам воинские отряды с артиллерией.
Иван Заруцкий, сидевший под Москвой, видел в крепнувшей освободительной армии крах своих надежд на захват власти и направил в Ярославль наёмных убийц, чтобы убрать главу конкурирующей фирмы. В один из дней Пожарский осматривал пушки перед отправкой их в Москву. В избе-складе было очень многолюдно и когда Дмитрий закончил осмотр и направился на выход, убийца бросился на него с ножом. Из-за тесноты "киллер" промахнулся и попал ножом в ногу казака Романа, который вел Князя под руку. Раненый застонал и упал без чувств на землю. Пожарский, подумав, что упавшему просто поплохело из-за духоты, продолжил путь на выход, однако его приближённые быстро поняли, что это было покушение и взяли князя в кольцо под свою защиту, а злоумышленника схватили. Им оказался казак по имени Степан, который на допросе выдал имена всех заговорщиков. Пожарский решил проявить милосердие и приказал никого не казнить. Он взял заговорщиков с собой в Москву, чтоб представить их в качестве явной улики против Заруцкого. Сам же донской атаман к тому времени уже начал терять власть в своём войске и был вынужден примкнуть к очередному самозванцу - Лжедмитрию III.
Новый "Дмитрий Иоанович" объявился в Новгороде под видом казака Сидорки - бродячего торговца ножами. По всей видимости, это был московский дьякон Матвей из церкви за Яузой. 23 марта 1611 года на городском рынке самозванец назвался царем Дмитрием, которому удалось бежать от рук убийц в Калуге. Однако новгородцы ему не поверили и с позором изгнали самозванца из города. Тогда «Дмитрий» со своим отрядом казаков отправился в Ивангород, находившийся во власти бывших тушинцев и отбивавшийся от нападок шведов. Пробравшись в город, самозванец рассказал горожанам, что он их царь, который «чудесно спасся» от смерти. Изможденные шведской осадой ивангородцы увидели в "Дмитрии" своего спасителя и на радостях три дня звонили в колокола и палили из пушек. Со всей округи в стан Лжедмитрия III потянулись отряды казаков и, собрав достаточно крупные силы, самозванец двинулся на Псков.
8 июля 1611 года его отряд расположился в окрестностях города, а сам "Дмитрий" начал переговоры с жителями об условиях признания его государем. Однако тут самозванец узнал о приближении к Пскову крупного отряда шведов и в панике бежал к Гдову, бросив свои пушки, которые псковичи ещё до прихода шведов увезли в город. Взять Псков шведам не удалось - все попытки штурмов в сентябре-октябре 1611 года были отбиты. Это побудило шведского военачальника Эверта Горна переманить Лжедмитрия на свою сторону, предложив ему стать наместником на Псковской земле, но отказаться от притязаний на русский трон в пользу шведского принца. Однако Лжедмитрий III отверг это предложение и решил с боем пробиться назад к Ивангороду. Под его предводительством казаки пошли в атаку и сумели прорваться через шведское окружение. Шведы организовали преследование, в ходе которого самозванец был ранен, но всё-таки смог с потерями добраться до Ивангорода и вскоре отогнать шведов.
Вскоре псковичи все-таки решились признать "Дмитрия", и 4 декабря 1611 года самозванец въехал в Псков, где был провозглашён царем. В это же время в Астрахани объявился ещё один претендент на имя Дмитрия Иоанновича (Лжедмитрий IV), которого царём признало всё Нижнее Поволжье. Таким образом, в России одновременно действовало два «царя Дмитрия» — Лжедмитрий III на северо-западе и Лжедмитрий IV на юге. Однако в начале 1612 года Лжедмитрий IV бесследно исчез.
Обосновавшись в Пскове, Лжедмитрий отправил в подмосковные казачьи таборы атамана Герасима Попова с воззванием к тушинским ветеранам примкнуть в воскресшему царю. Казаки, внимательно выслушав речи государева посланца, решили отправить в Псков особую делегацию для опознания «царя». Лжедмитрий III удостоил посланцев ополчения торжественной встречи, но старые казаки быстро убедились, что перед ними самозванец, нисколько не похожий на их прежнего «царька». Однако тут в дело вступила вооруженная стража Лжедмитрия и силой заставила посланцев написать грамоту с подтверждением истинности «Дмитрия». Грамота полномочных послов, разосланная по казачьим отрядам, вызвала бурю восторга и воодушевления у простого народа. Вскоре и в подмосковном лагере первого ополчения на казачьем круге было решено признать Лжедмитрия выжившим царем. Заруцкий был вынужден подчиниться большинству и принес присягу "Дмитрию". Позже, поняв, что его авторитет в казачьем стане потерян, Заруцкий вместе с Мариной Мнишек и ее сыном ушел в Коломну.
Присяга подмосковного ополчения открывало Лжедмитрию III путь на Москву, однако в самом Пскове против него вспыхнул заговор. Добравшись до власти, «псковский вор» начал распутную жизнь, совершал насилие над горожанами и обложил население тяжёлыми поборами. Московские казаки, разочаровавшись в «царе», ушли из Пскова, а сами псковичи уже были готовы его свергнуть. В мае шведы осадили город Порхов, принадлежащий Пскову, и заговорщики решили использовать этот момент, чтобы удалить из Пскова казачьи отряды, преданные «царьку». В одну из ночей мятежники попытались захватить Лжедмитрия III, однако самозванцу вместе с его приближенным князем Хованским удалось бежать в Гдов. Там заговорщики убедили Хованского выдать самозванца им в руки, после чего Лжедмитрия отвезли в табор ополчения под Москву, где по распоряжению князя Трубецкого он был заключён в тюрьму. Уже после избрания на царство Михаила Фёдоровича Романова Лжедмитрий III был посажен на цепь для всеобщего обозрения и затем казнён. Однако это было впереди, а на текущий момент повод для конфликта между Первым и Вторым ополчениями был устранён, что создало условия для объединения их сил и совместного противостояния польской интервенции.
В июле 1612 года на помощь запертому в Москве польскому гарнизону выступило войско под руководством гетмана Ходкевича. Узнав об этом, ополчение Минина и Пожарского вышло из Ярославля и также направилось к столице, где объединилось с остатками сил первого ополчения под началом князя Трубецкого. 22 августа армия Ходкевича переправилась через Москву-реку с провиантом для осажденных товарищей и расположилась в округе Новодевичьего монастыря. Чтобы преградить полякам путь и не допустить обоз с припасами в Кремль, ополченцы решили дать врагу бой. Князь Пожарский со своими ратными людьми встал напротив армии гетмана, а князь Трубецкой с казацкими полками расположился по другую сторону Москвы-реки. Войска противников были примерно равны и составляли около 12000 человек у поляков и 10000 у русских. Битва началась с конной атаки войск Ходкевича и проходила с преимуществом поляков. Русские тылы были атакованы гарнизоном Кремля, который предпринял вылазки со стороны Чертольских ворот, Алексеевской башни и Водяных ворот. Командиры гарнизона попытались отрезать часть сил Пожарского и уничтожить их, прижав к реке, однако ополченцы отбили эти попытки нападения. Видя, что исход сражения висит на волоске, четыре казачьих атамана со своими отрядами самовольно отделились от Трубецкого и, форсировав реку, присоединились к Пожарскому. Сам же Трубецкой всю битву занимал наблюдательную позицию и говорил: "Богаты пришли из Ярославля и одни могут отбиться от гетмана". С помощью прибывшего казачьего подкрепления натиск польских войск удалось сломить, и гетман Ходкевич отступил на исходные позиции, понеся большие потери.
В ночь на 23 августа отряд в 600 польских гайдуков прорвался в Кремль для укрепления сидящего там гарнизона. Это стало следствием предательства дворянина Григория Орлова, которому Ходкевич пообещал отдать имение князя Пожарского. Однако данный прорыв только ухудшил положение осаждённых в Кремле поляков, так как к ним добавились новые войска, которых нужно было кормить и поить. 24 августа состоялось решающее сражение за Москву. Гетман Ходкевич лично возглавил конную атаку на русскую армию. Конные отряды Второго ополчения в течение пяти часов сдерживали наступление польского войска, но все же не выдержали бесконечного натиска и обратились в бегство. Отступление русских было паническим и беспорядочным, дворяне вплавь пытались перебраться на другой берег. Князь Пожарский попытался остановить бегство, однако ему этого не удалось, и вскоре вся конница ушла на другой берег Москвы-реки. Одновременно с этим гетманской армии удалось оттеснить людей Трубецкого по центру сражения, и вскоре все поле битвы осталось за поляками. После этого начался штурм полуразрушенного Земляного города, в котором укрылась армия ополченцев.
В ходе наступление поляки захватили Климентьевский острог, куда вскоре перевезли 400 возов с продовольствием для кремлёвского гарнизона и водрузили знамя на церкви святого Климента. Видя такое положение дел, келарь Троице-Сергиевого монастыря Авраамий Палицын, пришедший с ополчением в Москву, отправился к казакам Трубецкого, отступавшим от острога, и обещал им выплатить жалование из монастырской казны. Казаки, мотивированные материальными благами, развернулись и уже сами, пошли на штурм острога. Вскоре они выбили оттуда поляков, после чего в битве настал продолжительный перерыв.
Пока Ходкевич, потерявший свою лучшую пехоту в сражении у Климентьевского острога, старался переформировать свои войска и снова начать наступление, Пожарский и Минин пытались собрать свою разбредшуюся по округе армию. Уговаривать казаков, бежавших на ту сторону реки, вернуться на поле битвы воеводы отправили все того же Авраамия Палицына. Перейдя на другой берег, монах колокольным звоном начал собирать дезертиров. Уговорами и проповедью Палицыну удалось восстановить моральный дух казаков, которые поклялись друг другу сражаться, не щадя жизней. Вслед за этим началась крупная перегруппировка войск, и к вечеру ополченцы пошли в контрнаступление. Конный отряд под руководством Кузьмы Минина внезапно напал на передовые отряды Ходкевича и посеял в их рядах панику. Вслед за этим в наступление пошли основные русские войска, которые обратили поляков в бегство по всему фронту. Пожарский запретил своей армии преследовать противника, и войска Ходкевича провели ночь, не сходя с коней, около Донского монастыря. На следующий день польская армия выступила в направлении Можайска и далее к границе. Это была колоссальная победа русского ополчения, которая перевернула весь ход игры. Однако оставалось выгнать из Москвы польский гарнизон.
К тому времени все, кто остался в осажденной и сгоревшей столице, испытывали жесточайший голод, который довел некоторых до каннибализма. По сообщениям очевидца событий из стана ополченцев - "В Кремле голод был такой великий, что люди ели все, что могли добыть. Собак, кошек, крыс, сухие шкуры и даже людей... Пришли однажды к войсковому судье немецкие наемники, на голод жалуясь. Тот, не имея, что им дать, отдал им пятерых колодников (колодник-человек, заключенный в колодки за преступления), а потом еще трёх, и немцы, словно как мед, их съели..."
Со слов очевидца Будзило, находившегося в осажденной Москве, один лейтенант съел двоих своих сыновей, а другой офицер съел свою собственную мать... Съеден был также и некий изменник, собиравшийся якобы открыть казакам из русского ополчения ворота одной из кремлёвских башен. Зная, что осаждённые терпят страшный голод, Пожарский в конце сентября 1612 года направил им письмо, в котором предлагал польскому гарнизону сдаться в обмен на сохранение жизни. Однако получил на это высокомерный отказ. 22 октября 1612 года русские войска силой взяли Китай-город и оттеснили польские отряды за стены кремля. Пожарский вновь предложил осаждённым свободный выход со знамёнами и оружием, но без награбленных ценностей. Поляки вновь ответили отказом, однако 26 октября все же сдались и покинули Кремль. Часть из них были отправлена в Новгород, а часть зарублена казаками Трубецкого.
27 октября 1612 года состоялся торжественный вход в Кремль войск князей Пожарского и Трубецкого. Когда войска собрались у Лобного места, архимандрит Троице-Сергиевого монастыря Дионисий совершил торжественный молебен в честь победы ополченцев. После этого под звон колоколов победители в сопровождении народа вступили в Кремль со знамёнами и хоругвями. Москва была освобождена.