В ходе Ливонской войны, при Сигизмунде Августе (1522—1572) была заключена Люблинская уния (1569). Уния встретила сильное противодействие литовской элиты и только сильным давлением Польскому королевству удалось заставить Литву согласиться. Великое княжество Литовское должно было уступить Польше Подляхию (Подляшье), Волынь и Киевское княжество. Ливония была объявлена принадлежностью обоих государств. Великое княжество Литовское объединилось с Королевством Польским в федеративное государство — Речь Посполитую. Согласно акту Люблинской унии (оригинал акта до наших дней не сохранился), Литвой и Польшей правил совместно избираемый король, а государственные дела решались в общем Сейме. Однако правовые системы, денежная система, армия и правительства оставались отдельными, также существовала граница между двумя государствами, на которой взимались таможенные сборы. Спустя три года пресеклась династия Ягеллонов.
В XVI—XVIII веках в Великом княжестве Литовском господствовала шляхетская демократия. Во второй половине XVII — начале XVIII века, после двух опустошительных войн Русско-польской и Северной войн 1654—1667 гг и Северной войны 1702—1709 гг., Речь Посполитая пришла в упадок, попав под протекторат России.
В 1772, 1793 и 1795 годах состоялись три раздела территории Речи Посполитой между Российской империей, Пруссией и Австрийской империей. Согласно Петербургской конвенции 1795 года бо́льшая часть территории Великого княжества Литовского была присоединена к России, но Белостокская земля, а также Сувалкия (территория между Восточной Пруссией и Неманом) отошли к Пруссии. 14 (25) декабря 1795 российской императрицей Екатериной II был издан манифест «О присоединении к Российской Империи всей части Великого Княжества Литовского, которая по прекращении мятежей в Литве и Польше занята была войсками»[24]. На этом фактическое существование Великого Княжества Литовского прекратилось.
Впоследствии по Тильзитскому миру 1807 года Сувалкия вошла в состав Герцогства Варшавского, а Белостокская земля отошла к России.
1 июля 1812 года, в занятом тремя днями ранее в ходе войны с Россией в Вильне император Наполеон I подписал декрет о восстановлении Великого княжества Литовского. Однако уже 28 ноября (10 декабря) русские войска вступили в Вильну, положив тем самым возрождённому княжеству конец.
После Венского конгресса (1815), когда в составе Российской империи было создано Царство Польское (включавшее в себя большую часть упраздненного Герцогства Варшавского, в том числе и Сувалкию), все территории, некогда составлявшие Великое княжество Литовское, вошли в состав России.