Объявив Эстляндию как часть старой Ливонии, с согласия польского сейма (постановление от 12 марта 1600 г.), но без предварительного соглашения со Швецией, владением польской короны, Сигизмунд III нарушил права Швеции и лишил себя бывших у него неоспоримых прав. Вследствие этого дядя его Карл, шведский регент, начал войну и изгнал поляков из тех эстляндских замков, которые были в их руках. Затем он занял всю Лифляндию до самой Риги. Он требовал от лифляндцев, чтобы они присягнули ему и жестоко обращался с приверженцами Польши. Многие колебались, многие, полагая, что Польша оставит Лифляндию в руках шведов, перешли к Карлу.
Более значительное сражение случилось только при Вендене 28 декабря 1600 г. (7 янв. 1601 г.). Но поляки оправились. Собрав большие войска и поручив начальство коронному гетману Яну Замойскому, они стали теснить шведов.
В 1601 г. происходила серьёзная борьба вдоль Двины. Кокенгаузен был взят, опять потерян и опять взят. В сражении близ Кокенгаузена было уничтожено лифляндское земское знамя и погибло несколько знатных лифляндских дворян, в числе их и бывший предводитель дворянства Иоганн фон Тизенгаузен.
Под начальством Радзивиллов, отца Христофора и сына Яна, поляки вновь завоевали все потерянные замки. Герцог Карл уехал в Швецию, оставив в Ливонии в качестве генерал-губернатора Иоганна, графа Нассауского; так как шведы не получили подкреплений, то они должны были отступить.
Поляки взяли в 1602 г. Феллин, в апреле 1603 г. — Дерпт. Страна и население переносили тяжёлые страдания. Поляки поступали в Лифляндии как в неприятельской стране, страшная чума и голод уносили массу жертв. К тому присоединились неурожаи и очень холодные зимы, кое-где нужда заставляла несчастных жителей питаться неестественной пищей. Достоверно засвидетельствованы случаи питания человеческим мясом.
Приняв в 1604 г. королевский титул, бывший герцог Карл, а теперь Карл IX возобновил войну, почти прекратившуюся. С 40 кораблями он пристал к Дюнамюнде в августе 1605 г., и в то же время другое шведское войско двинулось из Эстляндии. Но этим войскам не удалось соединиться. Польский полководец Ян Карл Ходкевич вместе с курляндским герцогом Фридрихом сумел продвинуться между ними. Карл IX, осадивший уже Ригу, снял осаду и занял укреплённую позицию при Кирхгольме. Ходкевич притворным отступлением выманил шведов из этой позиции и нанёс им 17 сентября 1605 г. тяжёлое поражение. (Битва при Кирхгольме). Сам король находился в большой опасности и потерял около 8000 человек. После этого поражения он возвратился в Швецию. Сигизмунд III же дал городу Риге и населению Лифляндии некоторые новые привилегии, желая их расположить к себе; возникшие в Польше беспорядки не позволили ему воспользоваться, как следовало бы, победой при Кирхгольме. Шведы оставались в Лифляндии и поддерживали блокаду рижского порта и очистили Лифляндию только в 1609 г., потерпев ещё несколько неудач.
Сын и преемник Карла IX, Густав Адольф, продолжал раньше всего войну с Москвой. В 1615 г. он взял Гдов на Чудском озере и осаждал Псков, но без успеха. В феврале он заключил мир в Столбове (недалеко от Ладожского озера, ратифицированный в Стокгольме в 1618 г.). Швеция получила Ингрию и признала Михаила Фёдоровича Романова московским царём.
В августе 1621 г. Густав Адольф сделал нападение на Лифляндию. Он осадил и бомбардировал Ригу, готовился к штурму. Несколько приступов было отражено. Радзивилл хотел придти на помощь и стоял уже на Двине, но не решился вступить со шведами в бой и отступил, предоставив Ригу самой себе. Рига должна была сдаться.
16 сентября 1621 года, Густав Адольф сам вступил в город. При этом он отозвался с похвалой о твёрдости, с которой защищалась Рига. Ввиду этого суждения, упреки поляков, будто Рига не защищалась с должным усердием, не имеют веса. Из Риги король отправился мимо озера Бабит вдоль реки Аа к Митаве. Герцог Фридрих со своим курляндским войском находился при польской армии.
Митава, в которой находились только небольшой наёмный отряд и городская стража, должна была сдаться 3 октября. Однако шведский, оставленный здесь, гарнизон был так слаб, что князь Радзивилл уже в июне 1622 вновь занял Митаву.
Шведский король не придавал Курляндии значения, но в Риге он держал достаточное войско. Вслед затем было заключено перемирие. Поляки им не воспользовались для новых вооружений.
В 1625 г. Густав Адольф возобновил войну. Граф Делагарди (с 1619 г. эстляндский губернатор, в 1622-28 гг. генерал-губернатор Эстляндии и Лифляндии) и Густав Горн подступили к Дерпту и взяли этот город 26 августа. Сам король вторгся в Литву и Курляндию и взял Кокенгузен (17 июля) Позволь, Бирсен, Бауск (17/27 сентября начальник дворца Магнус Бутлар пал) и Митаву (23 сент.). Когда польский полковник фон дер Рекке сделал нападение на Митаву, то Густав Адольф отдел её на разграбление своим солдатам (14-16 октября). 7/17 января 1626 г. король разбил Льва Сапегу при Вальгофе. Отсюда он уехал (ехал чрезвычайно быстро: из Курляндии до Ревеля только четыре дня) через Ревель в Стокгольм. Но шведские войска остались в Лифляндии, и война продолжалась. Поляки выставили теперь генерала Гонсевского, который в мае 1628 взял обратно Бауск, но в остальном не достиг решительных успехов.
У Густава Адольфа были широкие планы; между прочим, он хотел сделать из Балтийского моря внутреннее море великой шведской державы. Он воевал с поляками и в Пруссии на южном берегу Балтийского моря. При этом он получал из Лифляндии хлеб и войска. Немало из офицеров его армии было родом из Лифляндии, и некоторые лифляндцы достигли высоких должностей, как, например, фельдмаршал Герман Врангель.
По договору, заключённому в Альтмарке, недалеко от Эльбинга, 16 сентября 1629 г., Густав Адольф получил Лифляндию. При этом Курляндия обязалась уступить полосу земли на нижней Аа со Шлоком; на самом деле Курляндия сделала эту уступку только в 1783 г., когда Лифляндия уже давно перешла к России.
Каковы бы ни были соображения короля, побудившие его вмешаться в тридцатилетнюю войну, он спас, без сомнения, стеснённый протестантизм. Его смерть, последовавшая 6/16 ноября 1632 г. в битве при Лютцене, была и для Лифляндии, и Эстляндии тяжким ударом.
Швеция старалась сохранить влияние на общеевропейские дела, приобретённое Густавом Адольфом, и только Северная война лишила Швецию значения первостепенной державы. Ему наследовала на престоле дочь Христина (родившаяся 8 декабря 1626 г.) под руководством нескольких опекунов, боровшихся друг с другом.
В том же 1632 г. произошла перемена и на польском престоле; умер король Сигизмунд III, и ему наследовал его сын Владислав IV, который не отказывался от притязаний на Швецию и продолжал называть себя шведским королём. Также он назначал чиновников для Лифляндии, хотя она вся была в руках шведов.
4/14 сентября 1635 г. шведский канцлер Аксель Оксенширна заключил мир с Польшей в Штумсдорфе (к югу от Мариенбурга в Пруссии, собственно перемирие на 26 лет). По этому миру восточные округи: Динабург, Мариенгаузен, Розитен (Рыжица), Лудзен (Люцин, т.н. польская Лифляндия или Инфлянты) отошли обратно к Польше, всё остальное осталось за Швецией.
Когда Густав Адольф в 1621 г. овладел Ригой, а вслед затем и всей Лифляндией, религиозные притеснения достигли больших размеров. Вопреки данным обещаниям католики старались подавить протестантизм и вызывали частые споры, тем более, что нарушали утверждённые польским правительством права. Так, Рига, Дерпт и другие меньшие города были принуждены защищать свои привилегии.
В Риге явился вождём пастор Герман Самсон (впоследствии сделавшийся генерал-супер интендантом и получивший от шведского короля дворянское достоинство с прозванием Гиммельшерна). Он составил несколько назидательных и полемических сочинений. В этом критическом положении протестантский шведский король явился спасителем. Он с самого начала обратил внимание на церковную организацию, и благодаря этому был выработан новый церковный устав. Точно так же король приступил к судебной реформе. В Дерпте был учреждён надворный суд. Рига и Ревель зависели от королевского надворного суда в Стокгольме.
Вообще судопроизводство в городах было оставлено у магистратов: для сельских жителей были учреждены сельские суды, а потом и сельская полиция. Генерал-губернатор Иоганн Шитте (1628-1634) учредил дворцовые суды в аппеляционные инстанции, но ввиду многих столкновений и осложнений эти суды были упразднены уже в 1639 г. По предложению правительства военный советник Энгельбрехт фон Менгден выработал проект лифляндского земского права (1643 г.), но этот проект не был одобрен. В то же время, т.е. в 1643 г., была учреждена лифляндская ландратская коллегия (в 1648 г. она была расширена), которая состояла из местных должностных лиц, исполнявших эту обязанность в начале безвозмездно.
Король Густав Адольф заботился также об учебных заведениях и, думая о них с особенной любовью, делал относящиеся к ним распоряжения даже среди военного шума. Так, он подписал осенью 1630 г. в лагере при Ильменау акт об учреждении королевской гимназии в Дерпте, а 30 июня 1632 г. в лагере при Нюрнберге акт об учреждении академии или университета в Дерпте. Край нуждался в пасторах, врачах, юристах, и на подготовку их было обращено главное внимание. Число студентов из местного населения было невелико; было несколько курляндцев, большинство составляли шведы; местные жители предпочитали учиться в заграничных университетах. Профессорская коллегия состояла преимущественно из немцев. Одним из профессоров был Фридрих Мениус. Он имел намерение подробно изучить и изложить местную историю, но он написал только «Prodromus» (Введение), и это сочинение не производит благоприятного впечатления. Более достойное было сделано им до вызова в Дерпт; так он издал «Englische Comеdiеn» (Английские комедии) в Альтенбурге в 1620 г.
Когда в 1656 г. русские взяли Дерпт, преподаватели и учащиеся разбежались. Нечто вроде продолжения этого дела просуществовало в Ревеле до 1665 г., но там записалось в студенты только 60 человек, в том числе 15 ревельцев.
Король датский, Христиан IV, обративший своё оружие на Швецию во время тридцатилетней войны, должен был по миру в Бремзебро в Смоландии (13 авг. 1645 г.) уступить ей последнее датское владение в Лифляндии, остров Эзель, и вместе с тем освободить лифляндские и эстляндские корабли от зундской пошлины.
В 1648 г. умер польский король Владислав IV, и ему наследовал брат его Ян Казимир. Так как и он не отказался от притязаний на шведский престол и часто противился шведским предприятиям, то король Карл Х Густав решил нанести Польше сильный удар. Ещё в 1639 г. императорский полковник Герман Бот вторгся с небольшим отрядом из Пруссии через Литву и Курляндию в Лифляндию. Бессмысленно смелое предприятие сперва имело успех, так как ничтожные шведские силы должны были защищать Лифляндию. Затем, несмотря на это, отряд Бота был рассеян и большей частью перебит, но Швеция убедилась, что ей не следует доверять беспокойным своим соседям.
Карл Х Густав, бывший герцог Пфальцвейбрикенский, вступил на шведский престол как ближайший родственник королевы Христины, которая в 1654 г. отреклась от престола, желая всецело посвятить себя наукам и художествам, впоследствии перешла в католичество и умерла в Риме в 1689 году. Для войны с Польшей Карл Х избрал самый благоприятный для себя момент, ибо Польша тогда воевала с Москвой из-за присоединения к последней Малороссии. Вдобавок, Фридрих Вильгельм, великий курфирст Бранденбургский, желавший освободить Пруссию от ленной зависимости от Польши, заключил с ним союз. Таким образом, Карл Х проник до Кракова и занял большую часть Польши и нанёс полякам, при деятельном участии бранденбуржцев, решительный удар в трёхдневной битве под Варшавой 28-30 июля 1656 г. Но в том же 1656 г. отношения изменились.
Царь Алексей Михайлович заключил перемирие с Польшей и начал войну со Швецией. Несколько русских войск вторглось в Лифляндию и Эстляндию. Защита этих областей была возложена на генерал-губернатора графа Магнуса Гавриила Делагарди (сына Якова, был губернатором два раза 1649-52 г. и 1655-58 г.), у которого остались, однако, только небольшие силы, так как главные должны были присоединиться к армии короля. Сам царь Алексей Михайлович явился с сильным хорошо вооруженным войском на Западной Двине. 30 июля 1656 г. русские взяли Динабург, новые укрепления которого шведы еще не успели закончить. Шведы отступили к Риге, желая защитить и отстоять раньше всего этот важный пункт. 19/29 августа прибыли к Риге передовые отряды русских, и скоро после этого главная армия, при которой находился сам царь. Рига была оцеплена со всех сторон и должна была вынести в течение шести недель настоящую осаду с бомбардированием и приступами. Но хотя шведский гарнизон был так незначителен, что граждане должны были принять участие в деле обороны, 5/15 октября, когда наступила дурная погода, русские сняли осаду и, потеряв под Ригой 14000 войска, отступили вверх по Двине.
12 октября однако сдался Дерпт русским, в руках которых он остался до 1661 г. Русские заняли также в 1656 и 1657 годах Вольмар и несколько других мест. Карл Х должен был обратиться против Дании, заключившей 18 июля 1657 г. союз с Польшей. Война с Данией кончилась для Карла Х неблагоприятно. По миру в Рескильде (26 февр. 1658 г. по ст.ст.) Дания получила обратно те области на Скандинавском полуострове, которыми она прежде владела.
Бранденбургский курфист заключил с Польшей в 1657 г. договор в Велау, по которому польский король признал полную независимость Пруссии; после этого бранденбургские войска вступили в Курляндию, герцог которой находился в шведском плену и города которой были заняты шведами. Но решительного успеха они там не имели.
В феврале 1660 г. скоропостижно скончался Карл Х Густав. Силы всех противников были совершенно истощены. Поэтому уже не медлили заключить мир. Представители Швеции, Польши и Бранденбурга съехались в Оливе, старом монастыре под Данцигoм, и заключили тут же мир 23 апр. /3 мая 1660 г. Швеция и Москва заключили мир в Кардисе (к северу от Дерпта). 21 июня (1 июля) 1661 г. Лифляндия с островом Эзелем осталась за Швецией. После этого мир не нарушался в течение сорока лет. Но вообще прибалтийский край, после утраты своей самостоятельности и присоединении к Швеции и Польше перенес немало тяжелых испытаний вследствие ожесточенной борьбы соседей.