В 1665 году был избран гетманом Правобережной Украины. После смерти Дрозденка и выдачи Опары правительству Речи Посполитой весь правый берег Днепра, за исключением только Киева, защищаемого московскими войсками, признал над собой власть Дорошенко, который стал стремиться к единству и независимости Украины.
Опираясь на казацкую старшину и верхи украинского духовенства, что ориентировались на Османскую империю и Крымское ханство, Дорошенко попытался распространить свою власть на Левобережную Украину. Созванная им рада постановила изгнать католиков из правобережной Украины; вместе с тем Дорошенко предпринял поход на Левобережную Украину, пытаясь захватить Кременчуг. Попытка эта окончилась неудачей, но Дорошенко не оставлял своих планов, найдя для них усердную поддержку у митрополита Киевского Иосифа Нелюбовича-Тукальского.
Андрусовский договор, которым, по выражению Дорошенко, «государи на части разорвали Украину», положил конец надеждам украинских казаков на полное объединение их страны под властью московского государя и тем самым побуждал сторонников единства стать под знамена гетмана Дорошенко, тем более что обнаруженные уже Москвой попытки централизации пугали украинское казачество.
Но Гетманщина была слишком слаба, чтобы собственными силами выполнить поставленную программу: Дорошенко пришлось обратиться к помощи союзников. Это подрывало в корне начатое им дело, обращая борьбу украинского народа за свои национальные права в борьбу соседних держав из-за обладания Украиной, причём на Гетманщину наводился новый и грозный враг в лице Османской империи. Сперва дела Дорошенко шли довольно успешно: удачно отбиваясь от Речи Посполитой с помощью татарских орд, он расширил было свое господство и на левом берегу Днепра. Пересылаясь с Брюховецким, он убеждал его восстать против московской власти, обещая передать ему тогда гетманство на правом берегу. Брюховецкий поверил обещаниям и поднял восстание, но казацкие полки и старшина передались прибывшему на левый берег Днепра Дорошенко, и Брюховецкий был убит. Дорошенко двинулся было против московского воеводы Ромодановского, но, получив известие об измене жены, уехал в Чигирин, поставив на левом берегу своим наказным гетманом Демьяна Многогрешного. За время его отсутствия достигнутое было единство Гетманщины быстро уничтожилось.
Левобережная старшина, не видя помощи от Дорошенко в борьбе с Москвой, предпочла подчиниться последней, избрав себе гетманом Многогрешного. Явился новый кандидат на гетманство, выставленный Запорожьем — писарь запорожский Пётр Суховиенко, нашедший поддержку и у татар, недовольных Дорошенко. Переговоры последнего с московским правительством о признании его гетманом и на левой стороне Днепра не имели успеха, так как он требовал вывода всех воевод и ратных людей московских из городов Гетманщины. Царское правительство предпочло утвердить гетманом Многогрешного, окончательное избрание которого и состоялось в марте 1669 года.
Дорошенко, одновременно угрожаемый Речью Посполитой и Суховиенком с татарами, не мог уже держаться своими силами даже на правом берегу и в том же марте месяце созвал раду, на которой правобережное казачество решило передаться под власть турецкого падишаха. В 1669 году он перешёл в подданство турецкого султана. По договору 1669 года, заключенному Дорошенко с султаном Мехмедом IV, правобережная Подолия переходила под власть Османской империи и гетман обязывался оказать ей военное содействие.
Если верить тому списку условий, который был тогда доставлен в Москву («Акты Южной и Западной России», VIII, № 73), Гетманщина сохраняла за собой не только полную автономию, но и свободу от всяких податей и взносов в султанскую казну, обязываясь только поставлять казацкое войско по требованию султана и имея за то голос во внешней политике оттоманской Порты, особенно по отношению к Речи Посполитой и Московскому государству. Вряд ли, однако, эти условия тождественны с подлинными — [источник не указан 57 дней] . Лично для себя Дорошенко выговорил несменяемость гетманского сана и наследство последнего в его роде. Этот договор с Османской империей погубил дело Дорошенко в глазах народа. Большая часть казаков отхлынула от Дорошенко к его противнику Суховиенку, на место которого скоро был избран гетманом уманский полковник Ханенко, признанный и правительством Речи Посполитой. Помощь Турции на время отклонила беду от Дорошенко: турецкий посол отвел крымские орды, вместе с Ханенком и Суховиенком осадившие Дорошенко; затем на помощь последнему присланы были белгородские татары, с которыми он окончательно разбил своих противников.
В декабре 1671 года, когда войско Речи Посполитой стало отвоевывать у Дорошенко города, в Варшаву прислана была султанская грамота, требовавшая, чтобы Речь Посполитая отступилась от Украины. Весной 1672 года султан Мехмед IV с громадной армией, подкрепленной крымским ханом и казацкими отрядами Дорошенко, вторгся в Подольское воеводство и Галичину, принудил к сдаче Каменец-Подольский, жители которого были частью уничтожены, частью захвачены в рабство, и осадил Львов. Речь Посполитая была вынуждена заключить с султаном Бучацкий договор, по которому они отказывались от Правобережной Украины. Однако украинское население правого берега Днепра, разоряемое крымскими татарами и турками, массами переходило на Левобережье.
Между тем малорусское (украинское) население правого берега Днепра бежало на левую сторону, и край, подчиненный Дорошенко, со дня на день пустел. Новый гетман левобережной Украины, Самойлович, пользуясь тем, что Бучацкий договор освободил московское правительство от обязательств, налагавшихся на него Андрусовским трактатом, вместе с воеводой Ромодановским переправился в 1674 году через Днепр; правобережные полки все почти передались на его сторону; на раде в Переяславе Ханенко сложил с себя гетманство, и Самойлович провозглашен был гетманом обеих сторон Днепра. Дорошенко не явился на эту раду; когда же Самойлович и Ромодановский опять перешли через Днепр, он заперся в Чигирине и позвал на помощь турок, перед которыми казацко-московское войско поспешно отступило. Передавшиеся было Самойловичу города и местечки подверглись страшному разорению. Власть Дорошенко становилась все более ненавистной народу; лишь путем насилий, доходивших до зверства, удерживал он её за собой. В виду неминуемого падения, Дорошенко решался уже подчиниться Москве, но хотел сохранить за собой гетманское достоинство и с этой целью обратился к посредничеству запорожского кошевого Серка. Последнее было отклонено московским правительством.
Осенью 1676 года Самойлович и Ромодановский предприняли новый поход к Чигирину. Лишившись поддержки казачества, гетман Дорошенко капитулировал в том же году перед войсками под командованием Ромодановского, сдался и принёс присягу. В 1677 году он был отправлен в Москву и более уже не вернулся на родину. В 1679 году он был назначен московским правительством воеводой в Вятку (1679—1682). Три года спустя получил село Ярополче под Москвой (Волоколамского уезда Московской губернии), где и умер в 1698 году.
Деятельность Дорошенко не только не привела к осуществлению намеченного им плана, но сделала его ещё более недостижимым. Разорение Правобережной Гетманщины надолго лишило её всякого самостоятельного значения, приведя её в состояние, близкое к пустыне.
