На смену умершему в 1548 году Сигизмунду Старому, пришёл Сигизмунд Август, выбранный сеймом 18 октября 1529 года. К моменту прихода Сигизмунда Августа, ВКЛ начала нуждаться в реформах, в особенности в аграрной сфере, так как рост торговых связей и отношений с Европой, привёл к большому числу продаж сельскохозяйственной продукции, по большей степени выросли продажи зерна. Старые порядки в сельском производстве не позволяли полностью обеспечить потребности рынка, как внешнего, так и внутреннего. Для того, что бы поправить это положение, а так же прекратить отставания ВКЛ от соседей в других сферах, король проводит реформы. Пожалуй, самой значительной из них была аграрная реформа, а именно уставы на волоки.
По волочной реформе крестьянские пашни полагалось делить на стандартные единицы – волоки, которые делились на морги. В одной волоке было 30 моргов. Размер морга был равен 0.71 га, а сама волока равнялась 21.3га, в свою очередь волока так же делилась на 3 части, одна выделялась под озимые культуры, вторая под яровые, а третья оставалось под паром. За каждой волокой устанавливались определённые нормы повинностей, которые зависели от качества земли на этой волоке. Официальным началом волочной реформы можно считать 1557 год, когда была выпущена общая инструкция, получившей название «Устава на волоки».
Кроме волочной реформы, Сигизмундом Августом были проведены политическая, экономическая, а также административная реформа, по которым административно-территориальное деление ВКЛ было приближенно к аналогичному строю в союзном польском королевстве. Так же по этим реформам, водились поветовые сеймики, которые решали местные вопросы, и поветовые суды – земские, городские и подкоморские.
В 1558 году начинается Ливонская война, которая продлится до 1582 года. Стремление Ивана Грозного захватить Ливонию и получить выход для торговли с Европой, ни как не устраивал Литву, так как у ВКЛ, там были свои интересы. Захват Москвой
Ливонии, грозил торговым интересам Вильни, который сам, через Ливонию, вёл свою торговлю с Европой, а так же переход Ливонских земель к Московскому княжеству, сильно бы укрепило Москву в регионе, и у ВКЛ появился бы угроза с севера.
Что бы предотвратить оккупацию Ливонии и остановить Москву, 31.08.1559 года был подписан договор, по которому лионский орден переходил под протекторат Великого Княжества Литовского. В военные действия ВКЛ вступила летом 1561 года и без поддержки союзной Польской короны.
В начале 1563 года, Московский царь во главе своих главных войск подошёл важному стратегическому городу Полоцку и начал его осаду. Двухтысячный гарнизон не мог долго оборонять город, и вынужден был капитулировать. Одна часть жителей, была вырезана, а вторая часть угнана в качестве рабов в Москву, еврейское население Полоцка было полностью уничтожено.
В 1564 году 10 тысячное войско Литвы, во главе с гетманом Радивилом Рудым, разбило 30 тысячное войско Москвы в битве на Уле. Летом этого же 1564 года, московские войска сжигаю деревни в районе Мстиславля, Кричева и Могилева, в ответ в 1565 году литовские войска делают вылазку под Великие Луки и Смоленск. В 1567 году военные действия возобновились и в июле, польный гетман ВКЛ Сагнушка с двухтысячным отрядом разбивает 9 тысячный лагерь Москвы. Осенью этого же года, он снова разбивает московское 9 тысячное войско, перехватив его на марше. Через год в 1568 году гетман Сагнушка берёт штурмом замок Ула, а витебские казаки во главе с Бирулем сожгли московские замки Велиж и Усвят. В ответ, Москва попыталась захватить Витебск, однако ей это не удалось, спалив пригородные предместья города, войска ушили обратно.
Затяжная война с Москвой показала, что ВКЛ одна не сможет противостоять Московскому княжеству, нужно было искать помощи, и эту помощь предложила союзное польское королевство, взамен она потребовала подписать с ней унию.