Отдельную главу в летописи стрелецкого войска составляет, несомненно, Смутное время. Стрельцы наряду с детьми боярскими и казаками сыграли в Смуте свою, далеко не последнюю роль. Ни одно мало-мальски важное событие Смуты не обошлось без них — начиная с 1603 г., когда Борис Годунов снарядил рать против действовавшего на подступах к Москве разбойничьего атамана Хлопка Косолапа. Затем стрельцы ходили походом на Северщину против объявившегося там самозванца, сидели в осаде в Новгороде-Северском, отбивая приступы со стороны войск Лжедмитрия, бились с его полками в декабре 1604 г. на реке Узруй под Новгородом-Северским и под Добрыничами в январе 1605 г., безуспешно осаждали занятые «ворами» Кромы. После смерти Годунова и прихода к власти самозванца стрельцы присягнули ему на верность, но не слишком усердствовали на его службе, и пассивное поведение стрельцов во время майского 1606 г. дворцового переворота в Москве во многом обеспечило успех предприятия заговорщиков.
Провозглашение новым царем боярина Василия Шуйского раскололо стрелецкое войско. Часть его (гарнизоны городов на южной и юго-западной границе) отказались присягнуть новому царю и поддержали нового самозванца, другая часть (прежде всего стрельцы московские) присягнули на верность Василию IV. В ходе начавшейся гражданской войны 1606–1607 гг. стрельцы бились на обеих сторонах. Активно действовали стрельцы и в ходе последующего противостояния Тушинского вора и Василия Шуйского, обороняя от его полков Москву, Троице-Сергиев монастырь и сражаясь с отрядами второго самозванца и русских «воров» и под Москвой, и на севере, и в других местах (например, в Поволжье, где действовала «низовая» рать воеводы Ф.И. Шереметева, в которую входило несколько приказов московских стрельцов).
Отдельная страница в истории стрелецкого войска во время Смуты — это оборона Смоленска от войск короля Речи Посполитой Сигизмунда III в 1609–1611 гг. Увы, в несчастном для русских сражении при Клушино войско Василия Шуйского (в котором было и несколько приказов московских стрельцов) было разбито в мае 1610 г., после чего судьба осажденного Смоленска, а равно и самого Василия Шуйского, была решена. Однако с падением Василия Шуйского Смута в России не завершилась — она только набрала новые обороты, и стрельцы отметились в событиях и этого нового ее этапа. Бои в Москве с интервентами и русскими «ворами» в самой Москве в марте 1611 г. и на подступах к ней в последующие дни и месяцы, когда к стенам русской столицы подступило сперва 1-е, а затем и 2-е ополчения, освобождение Москвы от неприятеля в 1612 г. После избрания нового царя старые и новоприбранные стрельцы сражались под Смоленском, сопровождали послов, обороняли Москву от войска королевича Владислава, казацкого гетмана П. Сагайдачного и «лисовчиков», а также и русских «воров», ходили на Астрахань против засевшего там атамана Заруцкого с Мариной Мнишек и «воренком», ее сыном от Лжедмитрия II, и это не считая продолжавшейся борьбы со шведами на Северо-Западе, где стрельцы отличились при обороне Тихвина и Пскова от шведов