Таким образом, великий гетман Николай Радзивилл Рыжий вместе с Григорием Ходкевичем и своим шеститысячным войском не собирались ждать нападения огромной армии и решили воевать с ними по отдельности, когда российские войска были на марше. Внезапный удар литовского войска в авангард армии князя П. И. Шуйского, шедшего без разведки и фланговых дозоров, последующая смерть главного воеводы и его ближайших сподвижников, а также пленение многих других военачальников, бездумно оказавшихся в голове колонны, растянувшейся на несколько километров, послужили залогом военного успеха великого гетмана и позора для беспечных российских воевод. Армия князя Василия Серебряного вместо того чтобы отплатить литовцам за поражение товарищей, решила в очередной раз ограничиться грабежом литовских сел и деревень, а когда литовское войско попыталось навязать сражение русским полководцам, те, отягощенные награбленным добром и многочисленными мирными жителями, захваченными в плен, просто-напросто поспешили к Смоленску.
Победа литовцев в битве на реке Улла позволила добиться им и политического успеха на Варшавском сейме в вопросе устройства союзного Польско-Литовского государства. Литовской делегации во главе с канцлером Николаем Радзивиллом Черным удалось достичь ряда принципиальных договоренностей с польской делегацией: общегосударственные сеймы должны проводиться в Польше, но вблизи литовской границы; курс валют уравнивается; соблюдается единство дипломатического представительства в других странах. Польской делегации не удалось настоять на полном включении Литвы в состав Польши, даже при условии отказа короля Сигизмунда II Августа от своих вотчинных прав на Великое княжество литовское в пользу Польского королевства.
Военный успех войска великого гетмана Николая Радзивилла Рыжего послужил поводом для перехода многих представителей московской знати на службу к великому князю литовскому, среди которых самой видной фигурой был князь Андрей Михайлович Курбский. Самодурство московского царя не давало возможности даже самым важным боярам быть спокойными за свою жизнь. Пока наступление российских войск шло широким фронтом, боярам было страшно бежать от царя в Литву: получишь там в кормление волость, а потом отстаивай ее от московских войск. Теперь же, когда агрессия московских войск была приостановлена, начался исход обиженных бояр и князей из России в Литву. Бежали высокопоставленные россияне не с пустыми руками, а в сопровождении своих дворян и челяди.
Уже в сентябре 1564 г. один из перебежчиков, князь Курбский, участвовал в осаде Полоцка вместе с войском великого гетмана литовского, но эта военная операция успеха ему не принесла, так как наместник царя в этом городе князь Петр Михайлович Щенятев к этому времени хорошо укрепил город и сдавать его не собирался. Потоптавшись месяц вокруг Полоцка, литовцы так и не решились на штурм города. Это было последнее крупное столкновение литовских и российских войск в кампании, обе стороны явно израсходовали весь свой воинственный порыв и склонялись к заключению очередного перемирия. Мелкие стычки еще продолжались до августа 1565 г., но в мае следующего года литовские послы во главе с Юрием Александровичем Ходкевичем прибыли в Москву с предложением заключить мир на условиях признания захваченных Россией ливонских городов в обмен на признание остальной Ливонии за Великим княжеством литовским, а также возврата Полоцка и Смоленска.