Неожиданно Апраксин приказал отступить, мотивируя это недостатком снабжения и отрывом армии от своих баз. Фельдмаршала обвинили в измене и предали суду. Единственным успехом стал захват Мемеля 9-тысячным русским десантом. Этот порт был превращен на время войны в главную базу российского флота.
В 1758 году новый главнокомандующий генерал-аншеф граф В. В. Фермор с 70-тысячной армией при 245 орудиях без труда занял Восточную Пруссию, овладел Кенигсбергом и продолжил наступление на запад. В августе произошло генеральное сражение русских и прусских войск у селения Цорндорф. 14-го числа Фридрих, располагавший 32 тысячами солдат и 116 оруднями, атаковал здесь армию Фермора, в которой было 42 тысячи человек и 240 орудий Пруссакам удалось потеснить русские войска, отступившие к Калишу. Фермор потерял 7 тысяч убитыми, 10 тысяч ранеными, 2 тысячи пленных и 60 орудий. Потери Фридриха достигали 4 тысяч убитыми, более 6 тысяч ранеными, 1,5 тысячи пленными. Прусский король отдал должное стойкости русских полков у Цорндорфа, заявив после сражения: «Русских можно перебить всех до одного, но нельзя заставить отступить» Он не стал преследовать разбитую армию Фермора, а направился в Саксонию.
В 1759 году Фермора сменил генерал-фельдмаршал граф П. С. Салтыков. К тому времени союзники выставили против Пруссии 440 тысяч человек, которым Фридрих мог противопоставить лишь 220 тысяч. 26 июня русская армия выступила из Познани к реке Одер. 23 июля во Франкфурте-на-Одере она соединилась с австрийскими войсками. 31 июля Фридрих с 48-тысячной армией занял позицию у селения Кунерсдорф, рассчитывая встретить здесь соединенные австро-русские силы, значительно превосходившие его войска по численности.
Армия Салтыкова насчитывала 41 тысячу человек, а австрийская армия генерала Дауна — 18,5 тысячи человек. 1 августа Фридрих атаковал левый фланг союзных войск. Пруссакам удалось захватить здесь важную высоту и поставить там батарею, которая обрушила огонь на центр русского войска. Прусские войска потеснили центр и правый фланг русских. Однако Салтыкову удалось создать новый фронт и перейти в общее контрнаступление. После 7-часового боя прусская армия в беспорядке отступила за Одер. Сразу после боя у Фридриха под рукой было всего 3 тысячи солдат, так как прочие рассеялись по окрестным деревням, и их пришлось собирать под знамена в течение нескольких дней.
Пруссаки потеряли убитыми и ранеными 18 тысяч человек, русские — 13 тысяч, а австрийцы — 2 тысячи. Из-за больших потерь и усталости солдат союзники не смогли организовать преследования, что спасло Фридриха от окончательного разгрома. После Кунерсдорфа русская армия по просьбе австрийского императора была переброшена в Силезию, где прусским войскам также был нанесен ряд поражений.
Кампания 1760 года протекала вяло. Только в конце сентября был предпринят набег на Берлин. Первый штурм города, предпринятый 22–23-го числа 5-тысячным отрядом генерала Тотлебена, окончился неудачей. Только с подходом к городу 12-тысячного корпуса генерала Чернышева и отряда австрийского генерала Ласси прусская столица оказалась осаждена 38-тысячным союзным войском (из них 24 тысячи — русских), в 2,5 раза превосходившим численность сосредоточенной у Берлина прусской армии. Пруссаки предпочли оставить город без боя. 28 сентября прикрывавший отход 4-тысячный гарнизон капитулировал. В городе было захвачено 57 орудий и взорваны пороховые заводы и арсенал. Поскольку к Берлину спешил Фридрих с главными силами армии, фельдмаршал Салтыков приказал корпусу Чернышева и другим отрядам отступить. Сам по себе Берлин не имел стратегического значения.
Кампания 1761 года протекала столь же вяло, как и предыдущая. В декабре корпус Румянцева взял Кольберг.
Положение Фридриха казалось безнадежным, однако сменивший в начале 1762 года на русском престоле императрицу Елизавету император Петр III, преклонявшийся перед военным гением Фридриха, прекратил войну и даже заключил 5 мая союз с Пруссией. Одновременно, после уничтожения англичанами ее флота, из войны вышла Франция, потерпевшая ряд поражений от англичан в Северной Америке и Индии. Правда, в июле 1762 года Петр был свергнут и убит по приказу своей жены Екатерины II. Она расторгла русско-прусский союз, но продолжать войну не стала. Чрезмерное ослабление Пруссии было не в интересах России, так как могло привести к гегемонии Австрии в Центральной Европе.
Австрия вынуждена была заключить 15 февраля 1763 года мир с Пруссией. Фридрих вынужден был отказаться от претензий на Саксонию, но сохранил за собой Силезию. Пятью днями раньше был заключен в Париже мир между Англией и Францией. Французы теряли свои владения в Канаде и Индии, сохранив в своих руках лишь пять индийских городов. Левый берег Миссисипи также перешел от Франции к Англии, а правый берег этой реки французы вынуждены были уступить испанцам, да еще пришлось уплатить последним компенсацию за уступленную англичанам Флориду.