Na wzmocnienie pozycji Polski na arenie międzynarodowej zdecydowany wpływ miała zawarta w 1569 roku z Litwą "Unia lubelska". Postulat zjednoczenia ziem polskich i zacieśnienia związków z Litwą propagował w XVI wieku szlachecki ruch egzekucyjny. Żądano przekształcenia dotychczasowej unii personalnej w unie realną. Nie było to jednak łatwe, ponieważ obydwie strony rozumiały pod pojęciem unii realnej coś zupełnie innego. Możni polscy chcieli po prostu inkorporacji Litwy do Polski, z kolei kniaziowie litewscy dążyli do zachowania niezależności. W 1564 roku na sejmie Zygmunt August upodobnił nieco obydwa państwa przez wprowadzenie na Litwie podziału administracyjnego na powiaty oraz określenie granic województw, co pozwoliło na rozpoczęcie rozmów polsko-litewskich na temat unii. Wrogo do tej idei odnosili się zwłaszcza wielcy panowie litewscy, na czele z potężnym rodem Radziwiłłów. Ostatecznie kwestię związku Polki i Litwy rozstrzygnięto na sejmie w 1569 roku. Możni litewscy, zwłaszcza zaś stronnictwo Mikołaja Radziwiłła Czarnego wciąż zrywało obrady sejmu, a nawet w tajemnicy opuściło obrady sejmu. Poirytowana tym szlachta polska doprowadziła do ogłoszenia wcielenia do Korony Podlasia, Wołynia, części Bracławszczyzny i Kijowszczyzny. Ostatecznie delegacja litewska powróciła i dokończyła rokowania, w wyniku czego wprowadzono unię realną Polski i Litwy, a więc powstanie jednego polsko-litewskiego państwa. Wspólne dla Polski i Litwy miały być sejm, władca będący jednocześnie królem polskim i Wielkim Księciem Litewskim, polityka zagraniczna; odrębne pozostały rządy, wojsko, skarb, prawa, administracja i sądownictwo. Zaprowadzono swobodę osiedlania się w obydwu częściach państwach, a szlachta litewska zyskała te same przywileje co szlachta polska. W ten sposób powstała Rzeczpospolita Obojga Narodów. Na skutek unii lubelskiej zdecydowanie poszerzyła Polska swoje granice do 800 tys. km² stając się drugim co do wielkości państwem europejskim po Rosji, ale i powiększyła liczbę ludności do sześciu milionów, z czego jedynie 35% było Polakami. Nowe państwo stało się, więc mozaiką narodowościową. Duża część szlachty litewskiej i ruskiej z czasem się spolonizowała. Na południu i wschodzie Polska zaczęła graniczyć z Rosją i Turcją, co zaowocowało konfliktami interesów.

Ponadto na sejmie lubelskim wcielono do Rzeczpospolitej Prusy Królewskie, doszło także do tzw. drugiego hołdu pruskiego, bowiem potwierdzono zależność Prus Książęcych.

W wieku XVI udało się także państwu polskiemu pokonać Krzyżaków. Pokój toruński nie okazał się być rozwiązaniem trwałym, a Krzyżacy wciąż szukali dróg uniezależnienia się od Polski. Odmawiali składania hołdu, a sytuacja zaostrzyła się jeszcze bardziej, gdy urząd wielkiego mistrza objął Albrecht Hohenzollern, który ostatecznie doprowadził do wybuchu otwartej wojny w 1519 roku. Stronie polskiej udało się zająć prawie całe Prusy Krzyżackie, lecz następnie zawarto czteroletni rozejm. Albrecht wystąpił do Zygmunta Starego z propozycją rozwiązania Zakonu i sekularyzacji Prus oraz oddania Prus w lenno polskie za cenę dziedzicznej władzy. Na skutek zaakceptowania propozycji Albrechta, złożył on w 1525 roku uroczysty hołd na rynku krakowskim Zygmuntowi Staremu. Odtąd dziedziczne władztwo Albrechta nosiło nazwę Prus Książęcych, a on sam zyskał prawo zasiadania w polskim senacie. Zobowiązał się do wsparcia króla polskiego posiłkami wojskowymi w razie potrzeby, nie mógł jednak łączyć lenna pruskiego z panowaniem w Brandenburgii, a w sytuacji bezdzietności Albrechta i jego braci Prusy miały wrócić do Polski. Doprowadzono, więc tym samym po trzystu latach do likwidacji Zakonu Krzyżackiego i jego obecności na terenie państwa polskiego.

W 1561 roku Gothard Kettler będący mistrzem Zakonu Kawalerów Mieczowych, który miał swą siedzibę w Inflantach, ogłosił rozwiązanie Zakonu i na mocy układu z Zygmuntem Augustem ustanowił Kurlandię jako swoje dziedziczne, świeckie księstwo, zaś Inflanty Właściwe zostały przyłączone do państwa polsko-litewskiego. W wyniku wojny o Inflanty toczącej się pomiędzy Rosją, Polską, Szwecją i Danią państwo polskie uzyskało w 1570 roku Kurlandię jako swoje lenno. Po tym, gdy carowi Iwanowi Groźnemu udało się zagarnąć całe Inflanty, Stefan Batory zdecydował się na wypowiedzenie wojny, która rozpoczęła się w 1579 roku. Pierwsza wyprawa z 1579 roku przyniosła zdobycz w postaci Połocka, druga z 1580 roku - wielkie Łuki. Nie powiodło się zdobycie Pskowa w 1581 roku. Ostatecznie w 1582 roku zawarto rozejm dziesięcioletni w Jamie Zapolskim, na mocy, którego Polska odzyskała Inflanty. Batory utworzył tam nowe biskupstwo i kolegia jezuickie.

Na początku XVII wieku Rzeczpospolita zaangażowała się w konflikt z Rosją, gdzie po wymarciu dynastii Rurykowiczów doszło do walki o tron. Magnaci polscy udzielili wsparcia Dymitrowi Samozwańcowi podającemu się za prawowitego następcę na tronie carskim. Na skutek zorganizowania tzw. "dymitriady" udało się osadzić Dymitra na tronie moskiewskim, jednak wkrótce został zamordowany. Możni polscy udzielili pomocy i wsparcia kolejnemu Dymitrowi Samozwańcowi, któremu jednak nie udało się zostać carem, a władzę w Rosji przejął Wasyl Szujski, który zmontował antypolski sojusz ze Szwecją. Zygmunt III Waza podjął wysiłki mające na celu rozbicie tego sojuszu oraz przejęcie tronu moskiewskiego. W 1610 roku Stanisławowi Żółkiewskiemu udało się pokonać siły rosyjsko-szwedzkie w bitwie pod Kłuszynem, a następnie Polacy zajęli Kreml. Rosjanie zaproponowali oddanie tronu synowi Zygmunta - królewiczowi Władysławowi, jednak w zamian za jego przejście na prawosławie. Zygmunt III warunki te odrzucił, a Polacy w wyniku zorganizowanego przeciwko nim powstania wycofali się z Rosji, zaś carem został Michał Romanow. Strona polska próbowała ponownie przejąć władzę w Rosji, jednak w 1618 roku została zmuszona do zawarcia rozejmu w Dywilnie, na mocy którego do Rzeczpospolitej przyłączono ziemię siewierską, czernichowską i smoleńską, co potwierdził wieczysty pokój w Polanowie w 1634 roku. Władysław IV co prawda zrzec się musiał pretensji do tronu moskiewskiego, jednak Polska zyskiwała tym samym potwierdzenie kolejnych nabytków terytorialnych.

Armia polska odchodziła od pospolitego ruszenia. Najpierw na sejmie egzekucyjnym lat 1562-1563 powołano tzw. wojsko kwarciane, na które miano przeznaczać ¼ dochodów z królewszczyzn. Stefan Batory na potrzeby wojny z Rosją stworzył tzw. piechotę wybraniecką, którą tworzyli chłopi wybierani z każdych dwudziestu łanów królewskich. Pojawiły się także wojska zaciężne, a także stworzono oddziały tzw. kozaków rejestrowych na żołdzie królewskim. W okresie walki o Inflanty za panowania Zygmunta Augusta położono podwaliny dla budowy polskiej floty wojennej, zakładając w 1568 roku Komisję Morską, która miała strzec pokoju i bezpieczeństwa oraz interesów polskich na Bałtyku. Państwo polsko-litewskie dysponowało też sprawną dyplomacją, którą zajmowali się m.in. Jan Dantyszek czy Hieronim Łaski. Dla Europy duże znaczenie miał polski eksport zboża. Dzięki dobrej sieci rzecznej spławiane było ono do portu gdańskiego i stamtąd wysyłane do odbiorców europejskich. Sprzedawano także sukno, futra, skóry, wełnę, wosk czy miód.

XVI i XVII wiek to także rozkwit polskiej kultury. Na polu literatury niepomierne zasługi ponieśli: Jan Kochanowski - autor fraszek, trenów, "Odprawy posłów greckich", Mikołaj Rej - autor "Krótkiej rozprawy między trzema osobami, panem, wójtem a plebanem", "Żywota człowieka poczciwego", Andrzej Frycz Modrzewski - autor "O naprawie Rzeczypospolitej", Mikołaj Górnicki - autor "Dworzanina polskiego". Mikołaj Kopernik swoją teorię heliocentryczną przedstawił w dziele "O obrotach sfer niebieskich". Jan Długosz będący wybitnym polskim historiografem stworzył "Dzieje Polski". Dzięki wynalazkowi druku Gutenberga nastąpił szybki rozwój drukarstwa. Po polsku książki wydawali Jan Haller, Hieronim Wietor, Florian Unger. Ustalili oni także zasady pisowni i gramatyki polskiej. Do Polski ściągali także włoscy architekci, malarze, rzeźbiarze. W stylu renesansowym przebudowano zamek na Wawelu. Prace nadzorowali Bartłomiej Berecci i Franciszek Florentczyk, dzięki którym zamek wawelski zyskał arkadowe krużganki, kaplicę Zygmuntowską, a komnaty udekorowano kasetonowymi sufitami i arrasami. Renesansowy wystrój otrzymały także Sukiennice. Budowano na wzór Italii kamienice w Krakowie, Kazimierzu, ale także ratusze w Zamościu czy Poznaniu. W stylu renesansowym powstały zamki w Niepołomicach i Baranowie Sandomierskim. Bardzo duże zasługi dla rozwoju kultury polskiej ponieśli arianie. W dziedzinie szkolnictwa wprowadzili oni do nauczania język polski w miejsce łaciny, wychowanie moralne i fizyczne, wydawali stojące na wysokim poziomie, nowoczesne podręczniki. W 1602 roku założyli w Rakowie Akademię zwaną "Sarmackimi Atenami", a będącą ośrodkiem studiów filozoficznych i matematycznych, ale także sztuki drukarskiej. Znane z wysokiego poziomu nauczania były ich gimnazja, m.in. w Pińczowie.

Na tle toczących się w krajach europejskich wojen religijnych Polska uchodzić mogła za państwo względnie tolerancyjne. Nie dochodziło do pogromów religijnych, nic więc dziwnego, że ściągali do Polski innowiercy prześladowani w krajach sąsiedzkich. Stopniowe ograniczanie praw innowierców rozpoczęło się od momentu sprowadzenia do Polski zakonu jezuitów przez kardynała Stanisława Hozjusza w 1564 roku. Zaognieniu sytuacja uległa za rządów gorliwego katolika Zygmunta III Wazy, a za panowania jego następcy Jana Kazimierza wypędzono Arian z Polski w 1658 roku. Nigdy nie doszło jednak w Polsce do eskalacji wrogości i nienawiści względem innowierców na skalę wydarzeń, które miały miejsce chociażby we Francji.

Druga połowa XVI i pierwsza połowa XVII wieku to okres największej potęgi politycznej i militarnej Rzeczpospolitej. Za czasów królów elekcyjnych z tęsknotą sięgano pamięcią do tych czasów, gdy Polska z powodzeniem prowadziła wojny, rozwijała swą kulturę, była liczącym się państwem na kontynencie europejskim.