Хмельницкий имел точные данные о наступлении противника и о его замысле. План заключался в том, чтобы не допустить соединения двух отрядов противника и уничтожить их по частям, применив для этого различные способы. В отношении отряда Барабаша организовывалось воздействие агитационного порядка, а отряд Потоцкого намечалось разбить в открытом бою.
По берегу Днепра Хмельницкий расставил казацкие посты с задачей войти в переговоры с реестровыми казаками и добиться присоединения их к восставшим запорожским казакам.
3 мая к Каменному Затону прибыл плывший по Днепру отряд реестровых казаков и немецких ландскнехтов. Казаков встретил Хмельницкий, и ему удалось склонить их на свою сторону. Реестровые казаки перебили своих старшин, а также ландскнехтов и 4 мая прибыли в лагерь восставших на Желтых Водах.
К вечеру этого же дня к расположению запорожских казаков подошел отряд Потоцкого, который двигался степью. После неудачной попытки переправиться на левый берег Желтых Вод отряд приступил к устройству укрепленного лагеря на правом берегу реки. Гетману Потоцкому было послано донесение с просьбой о помощи, но гонец был схвачен татарами, и донесение не дошло.
Утром 5 мая Потоцкий приказал драгунам и польским хоругвям с артиллерией выходить из лагеря для атаки казаков. В это время и Хмельницкий готовил свое войско для активных действий.
Как только поляки начали выступать из лагеря, казаки заиграли в трубы, ударили в котлы, вихрем вырвались в поле, перешли речку и устремились на польских шляхтичей. В это время драгуны повернули вправо, в сторону от польских хоругвей, и полем перешли на сторону казаков. Польские артиллеристы не успели открыть огонь и вынуждены были повернуть обратно в лагерь и установить орудия на валах. Укрылись в лагере и коронные хоругви. Враг вновь оказался ослабленным численно и морально.