1558-1583 гг. — период Ливонской войны, в которой Россия воевала против Ливонского ордена, Великого княжества Литовского (объединившегося уже в ходе войны с Польшей в Речь Посполитую), Швеции, Дании.
Воспользовавшись невыплатой дани за город Юрьев (Дерпт), Россия в январе 1558 г. начала войну с Ливонским орденом. Русское войско под командованием воевод М. В. Глинского, А. Д. Басманова, Д. Ф. Адашева и П. И. Шуйского вступило в Ливонию, быстро заняв почти всю территорию Ордена. Однако, под влиянием Дании и крупного боярства, в марте 1559 г. Иван IV заключил с Орденом перемирие. Во время перемирия магистр Ливонского ордена заключил с Великим княжеством Литовским и Швецией соглашения о передаче им части территории. Швеция и Литва потребовали от Москвы удаления войск с этих территорий. Иван IV ответил отказом, и в 1560 г. военные действия возобновились, и русские войска вновь одержали ряд побед.
В 1562 г. произошел набег литовских отрядов на Смоленщину. В феврале 1564 г. русская армия взяла Полоцк, но вскоре потерпела ряд поражений. На сторону Литвы перешел боярин и крупный военачальник князь А. М. Курбский. На военные неудачи и нежелание именитых бояр вести борьбу против Литвы царь Иван IV ответил репрессиями против боярства. В 1565 г. в России была введена опричнина. В 1566 г. в Москву прибыло литовское посольство, предложившее произвести раздел Ливонии на основании существовавшего на тот момент положения. Созванный Земский собор поддержал намерение правительства Ивана IV вести борьбу в Прибалтике вплоть до захвата Риги. В боевых действиях 1569-1576 гг. Россия захватила все побережье Балтики, кроме Риги и Ревеля.
В 1579 г. Речь Посполитая объявила России войну. В том же году поляки захватили Полоцк и двинулись к Пскову. В это же время шведы захватили Нарву, Ивангород, Копорье, Корелу. Героическая оборона Пскова в 1581-1582 гг. от поляков определила более благоприятный исход войны для России: Стефан Баторий пошел на мирные переговоры. В январе 1582 г. было заключено Ям-Запольское перемирие с Речью Посполитой. Россия отказывалась от Ливонии. В мае 1583 г. было заключено Плюсское перемирие со Швецией, которая получала Копорье, Ям, Ивангород и прилегающую к ним территорию побережья Финского залива. Ливонский орден перестал существовать. Его территории перешли к Швеции, Дании и возникшему во время войны Польско-Литовскому государству — Речи Посполитой.
Историки, в частности С. М. Соловьев, оценивают Ливонскую войну как соответствующую геополитическим интересам России, нуждавшейся в присоединении побережья Балтийского моря для развития торговли, военно-технического и культурного сотрудничества с Европой. Однако закончилась война для нашей страны неудачно. Россия была разорена, а северо-западные районы в ходе военных действий практически обезлюдели. «Поруха» — так называли в конце XVI в. в России тяжелейший экономический кризис, ставший последствием Ливонской войны.