이 와중에 2014년 2월 27일 러시아가 우크라이나에 무장병력을 투입해 크림반도의 주요 시설들을 점령하고, 3월 1일 러시아 상원이 우크라이나에서의 군사력 사용을 만장일치로 승인하고 크림공화국에 러시아군을 주둔시키게 된다.
2014년 3월, 크림자치공화국은 국민투표를 실시해 우크라이나에서 독립해 러시아로의 통합을 결정했으며, 푸틴은 5일 만에 크림반도를 러시아로 편입시키는 계획을 공표했다. 미국과 유럽 등 서방 국가들은 크림자치령의 러시아 편입이 무효라고 주장하며, 러시아에 대해 자산동결·여행금지· 경제제재·무기금수 등의 제재를 실행했다. 하지만 우크라이나 정부의 동우크라이나 지역에 대한 영향력은 점차 약해졌으며, 2014년 5월에는 도네츠크, 루한스크 등 동우크라이나 대도시도 주민투표를 통해 독립을 선포하기에 이르렀다.
2014년 6월, 친 유럽 성향의 페트로 포로센코(Petro Poroshenko) 우크라이나 대통령은 반군이 장악한 동우크라이나 지역에 대해 진압 작전을 실시했다. 양측에 희생자가 속출하자 같은 해 9월, 국제사회가 중재에 나서 제1차 민스크합의를 도출하고 휴전을 결정했다. 그 후에도 간헐적인 충돌이 있었으나 2015년, 제2차 민스크합의 체결로 군사적 갈등이 완화되기 시작했다.