До Киева було відряджено загін у 2500 солдат і стрільців, з 12 мідними гарматами і 8 залізними піщалями, запасами пороху, ядер і свинцю. В місті планувалося збудувати потужну фортецю і створити запаси зброї, військової амуніції та харчів на випадок тривалої облоги.
Московських воєвод та ратних людей 23 лютого 1654 вітав у трьох верстах перед містом київський полковник П. Яненко-Хмельницький, племінник гетьмана, з двома сотнями козаків та міщан, а біля Золотих воріт та Софійського собору їх зустрічала решта населення міста. Після огляду старих укріплень, зокрема фортифікацій давньоруських часів, було прийнято рішення про необхідність будівництва нової фортеці в межах Верхнього міста з використанням валів і рвів часів Володимира – Ярослава. Впродовж першої половини 1654 поглиблено рви та зведено вали з дерев’яними стінами в межах Старого міста.
За умов Переяслівєької домовленості і так званих "березневих" 1654 статей, які їх конкретизували, в містах, що перейшли під царя разом з усією Придніпровською Україною та Східним Поділлям, зберігалося традиційно самоврядування. Київ залишався при магдебурзькому праві, що навесні 1654 підтверджено спеціальною царською грамотою. За містом зберігалися всі раніше надані торговельні та інші привілеї. Кияни мали сплачувати царському воєводі на утримання гарнізону і фортифікаційні роботи приблизно стільки ж, як і польському. Але з урахуванням розорення, яке зазнало місто під час війни, воно звільнялося від с плати податків на 10 років. Все це було спрямовано на те, щоб привернути киян на бік царя. Олексій Михайлович підтвердив також всі права, привілеї і володіння православних установ і спеціальною грамотою від 11 серпня заборонив царському воєводі в Києві втручатися в справи духовенства, повідомивши про це також гетьмана. Таким чином, з 1654 Київ, зберігаючись як самоврядне місто з магдебурзьким правом, опинився під подвійною юрисдикції ні гетьмана та царського воєводи, який з гарнізоном укріпився у Верхньому місті.
Б. Хмельницький помор 27 липня 1657. Після гострої боротьби між різними групами козацької старшини, у вересні 1657 гетьманом України став І. Виговський. який протримав у своїх руках булаву до осені 1659. На час смерті Б. Хмельницького він цілком визначився у своїй позиції щодо розриву з Московським царством.