В августе 1580 г. Баторий выступил в поход: с дороги король известил царя о своём походе, заявляя притязание не только на Лифляндию и Полоцк, но на Новгород и Псков. Он взял Великие Луки, Озерище, Заволочье; только попытка поляков захватить Смоленск не удалась. Окончив поход, Баторий отправился на сейм в Варшаву и дорогой вступил в переписку с курфюрстами бранденбургским и саксонским и герцогом прусским, от которых и получил денежную помощь. Шведы между тем опустошили Лифляндию я взяли несколько городов. Переписка между царём и королём продолжалась: чем более уступал царь, тем горделивее становился король и тем более усиливал свои требования. Наконец Иван, раздражённый тем, что ему не оставляется ни клочка Ливонии, написал своё знаменитое послание к Баторию, в котором называет себя царём «по Божьему изволению, а не по многомятежному человечества хотению» и сильно упрекает Батория за кровопролитие. Письмо застало Батория уже под Псковом, куда он выступил летом 1581 г., предварительно благополучно поладив с сеймом, хотя и выражено было желание, чтобы война кончилась этим походом. Швеция обещала ему помощь с моря. Окончившиеся весной 1581 г. переговоры с Ригой передали Лифляндию во власть польского короля. Во время похода на Псков Баторий отправил обширное послание к царю, в котором смеялся над тем, что он производит себя о? Августа, осмеивал его титулы, не забыл и того, что мать его была дочерью литовского перебежчика, упрекал его в тиранстве, оправдывался в своих военных действиях. Взяв Остров, 25 августа войско королевское, в числе, как говорят, 100 000 человек, появилось под Псковом. Город Псков был сильно укреплён, обильно снабжён военными запасами; войска в нём, по свидетельству польского историка, было до 7000 конницы и 50 000 пехоты. Городом начальствовал кн. И. П. Шуйский. С 26 августа по конец декабря твёрдо стояли защитники Пскова, отразили приступ 8 сентября и за каменными укреплениями ещё строили земляные, как оказалось после сделанного пролома. У неприятеля был большой недостаток запасов военных, слышался ропот на продолжительность осады, на невыдачу денег, на суровость зимы. Несмотря на строгость мер, принятых против беспорядков в лагере, ссоры между осаждающими были часты. Посланы были немцы к Псково-Печерскому монастырю, но попытки взять его окончились неудачей. От Пскова войска Батория делали набеги на окрестные и даже довольно далёкие места. Так, Христофор Радзивилл дошёл до Верхней Волги и грозил Старице, где тогда был сам царь. Успешнее Батория действовали шведы: они взяли Гапсаль, Нарву, Вейссенштейн, Ям, Копорье и Корелу, Все враги Ивана находились между собою в сношениях: не только польский, но и шведский король переписывался с крымским ханом, Шведы предлагали полякам прийти к ним на помощь под Псков, но Баторий, опасаясь, как предполагают, успеха шведов в Ливонии, отклонил предложение. Отчасти это опасение, а ещё более обещание, данное сейму, кончить войну походом 1581 г. в неудача псковская побудили Батория желать мира.
Посредником явился папский посол иезуит Антоний Поссевин, прибывший вследствие предложения о посредничестве, высказанного в Риме царским посланником Шавригиным. В Риме этим посольством были очень довольны; уже не раз делались из Рима попытки так или иначе подчинить себе далёкую Московию. Поссевин известен был раньше тем, что, переодетый, проник в Швецию и склонил короля Иоанна к мысли возвратиться в католицизм; тогда же познакомился он с Баторием. Ещё в Риме начал Поссевин изучать дела московские; ему были открыты все дипломатические документы. При отъезде из Рима Поссевину была дана любопытная инструкция, в которой указываются две ближайшие цели: установить торговые сношения Венеции с Русью и способствовать заключению мира между царём я королём, причём он должен был дать понять, какое сильное участие принимает в этом деле папа; Предписывалось также указать на цель примирения — союз против турок и соединение церквей, без которого и самый союз не может быть прочен. Чтобы побудить царя к этому важному шагу, рекомендовалось указать на стыд повиноваться патриарху, зависящему от турок, на славу войти в союз с Европой и на награду на небе. Заехав в Венецию и к императору, для переговоров об общем Рогозе, Поссевин в июне 1581 г. приехал в Вильну к королю Стефану. Король посмотрел сначала подозрительно на переговоры Поссевина с императором, которого считал своим врагом; но иезуит победил все затруднения. Переговоры начались в Полоцке, но шли туго, тогда Поссевин сам поехал к царю. Иван в переговорах показал себя хорошим дипломатом: о турках говорилось мало, вопрос религиозный был отложен; только венецианским купцам дозволено было иметь при себе священников. Пробыв в Москве недель шесть, Поссевин в сентябре вернулся к Баторию; Иван созвал боярскую думу, постановившую «ливонские города, которые за государем, королю удержать, а Луки Великие и другие города, что он взял, пусть уступит государю, а помирившись с королём Стефаном, стать на шведского». Послами были назначены князь Елецкий и печатник Алферьев.
В декабре 1581 г. начались переговоры в деревне Киверова Гора (около Порхова). Со стороны польской были Зборажский, Радзивилл и Гарабурда. До б января 1582 г. продолжались бурные переговоры, пока наконец не подписано было примирение на десять лет, на условиях, уже предрешённых постановлением думы, причём Баторий вытребовал от Ивана обязательство не воевать Эстонию. Это обещание имело влияние на прекращение шведской войны. Несмотря на неудачу шведов под Орешком, в августе 1583 г. заключено было на р. Плюссе (близ Нарвы) перемирие на три года, на основании которого всё занятое шведами осталось за ними. Кроме обещания, данного Баторию, причиною заключения перемирия было восстание черемисов и, вероятно, сознание, что для успехов европейской войны необходимо преобразовать войско. Поссевин по заключении перемирия приехал в Москву. Здесь он требовал только подчинения папе и за это указывал, в перспективе, на Византию; но всё это мало действовало на царя; он отказывался говорить о делах духовных, потому что «долг мой заправлять мирскими делами, а не духовными».
Несчастный исход войны не заставил Грозного отречься от мысли вознаградить свои потери: он продолжал искать союза с европейскими государствами. С этой целью отправлен был в 1582 г. в Англию Фёдор Писемский. Ему поручено было хлопотать о заключении тесного союза с королевой на короля польского, а вместе с тем, сватать, за царя родственницу королевы - Марию Гастингс. Англичанам не хотелось ни того, ни другого, а хотелось добиться беспошлинной торговли. С щекотливым поручением достигнуть этой цели в июне 1583 г. поехал в Москву Иероним Боус. Долго тянулись эти переговоры с разными перипетиями; царь то прогонял Боуca, то снова призывал его к себе. Переговоры ещё не пришли к концу, когда Грозного царя не стало.
В январе 1583 г., огорчённый всеми событиями внешними, поражённый горем о смерти им же убитого сына, Иван был обрадован появлением в Москве присланных Ермаком казаков, пришедших «бить ему челом новой землицей — Сибирью». Жизнь слишком неправильная рано подорвала здоровье Ивана; убийство сына много способствовало упадку духа. Ещё в начале 1584 г. обнаружилась у него страшная болезнь — гниение внутри, опухоль снаружи. В марте разослана по монастырям грамота, в которой царь просил молиться о его грехах и об исцелении от болезни. Перед смертью он сделал распоряжение о правлении. Постригли его уже полумёртвого (18 марта 1584 г.).
У Грозного было семь жён: Анастасия Романовна (ум. в 1560 г.), Мария Темрюковна (ум. в 1569 г.), Марфа Васильевна Собакина (ум. в 1571 г. вскоре после брака), Анна Алексеевна Колтовская (разрешение на этот брак дано было собором; пострижена в 1577 г, ум в 1626 г.), Анна Васильчикова (похоронена в суздальской Покровской обители), Василиса Мелентьева (с двумя последними Грозный не венчался, а брал благословение на сожительство) и Мария Фёдоровна Нагая (брак был в 1580 г., ум. в 1608 г.). После Ивана осталось два сына: Фёдор (от Анастасии), который после него наследовал, и Дмитрий (от Марии Нагой).