在加里西亚-沃里尼亚战争中，王国成为波兰、立陶宛、匈牙利王国及蒙古金帐汗国争夺的战场，后被立陶宛占领。波兰-立陶宛联邦成立后，加利西亚-沃里尼亚王国又成为波兰-立陶宛联邦的一部分。 1648年，哥萨克领袖博格丹·赫梅利尼茨基因反对波兰的天主教化运动发动起义，建立哥萨克酋长国，博格丹·赫梅利尼茨基因此被尊为乌克兰国父。 哥萨克酋长国没有能力与强大的波兰-立陶宛对抗，转而寻求盟友。因为拥有共同的信仰，博格丹·赫梅利尼茨基与沙皇阿列克谢一世于1654年签订《佩列亚斯拉夫条约》（Treaty of Pereyaslav），哥萨克酋长国并入沙皇俄国，此后300多年乌克兰的文化逐渐和俄罗斯统一。乌克兰人普遍认为《佩列亚斯拉夫条约》是乌克兰国家的失策，导致乌克兰人失去国家和民族独立。俄罗斯人则普遍认为《佩列亚斯拉夫条约》是俄乌两国历史文化联系的重要法律文件，基于此，俄罗斯总统普京说“乌克兰是俄罗斯历史、文化和精神空间的固有组成部分”也不算过分。 《佩列亚斯拉夫条约》条约签订后，沙皇俄国与波兰-立陶宛联邦爆发十三年战争，期间哥萨克酋长国短暂加入波兰-立陶宛联邦，波兰-立陶宛联邦差点改名为波兰-立陶宛-罗斯联邦。最终沙皇俄国与波兰-立陶宛联邦于1667年签订《安德鲁索沃条约》（Truce of Andrusovo），哥萨克酋长国一分为二，第聂伯河右岸（西乌克兰）除了基辅以外，都划归波兰-立陶宛联邦所有；哥萨克酋长国保留第聂伯河左岸（东乌克兰）与其核心基辅。 在叶卡捷琳娜二世统治时期，哥萨克酋长国的权利被逐渐削弱。1764年俄罗斯终于废除哥萨克酋长称号，在乌克兰设置三个总督辖区：基辅、切尔尼戈夫和诺夫哥罗德—谢维尔斯克辖区，辖区设置与俄罗斯其他行政区完全一致。随着文化和思想的同化，乌克兰逐渐融入了俄罗斯。 18世纪末，俄罗斯和奥地利、普鲁士王国三次瓜分波兰，使古罗斯旧地和白俄罗斯全部并入俄罗斯版图。乌克兰民族语言文化被压制，俄罗斯化加剧，被称为小俄罗斯。叶卡捷琳娜二世在1783年打败奥斯曼土耳其并占领其附庸克里米亚汗国，大量的俄罗斯人开始移民克里米亚半岛。到1795年，除加里西亚以外，今乌克兰其余地区均在俄罗斯统治之下。