Sojusz polsko-austriacki
Imperium Osmańskie w 1682 r. rozpoczęło przygotowania do wojny z Austrią. Planowano uderzyć z Węgier na ziemie austriackie i zająć Wiedeń. Sułtan wykorzystał chwilowe osłabienie Austrii powstaniem antyhabsburskim. Wybuchło ono na Węgrzech pod wodzą Imre Thököly (Tekieliego), który poddał się zależności lennej wobec Turcji. Pokój, zawarty między Turcją a Rosją w 1681 r. w Bakczysaraju, pozwolił gromadzić siły na kolejną kampanię wojenną. Działań spodziewał się zarówno Jan III Sobieski, jak i cesarz Leopold I Habsburg. To doprowadziło do zawarcia przymierza polsko-austriackiego, choć cesarz początkowo z rezerwą odnosił się do Sobieskiego.
Porozumienie musiał ratyfikować sejm, który obradował na początku 1683 r. Opozycja, pod wodzą podskarbiego koronnego Jana Andrzeja Morsztyna (jednego z liderów stronnictwa profrancuskiego), czyniła wszystko, aby unieważnić porozumienie z cesarzem. Oskarżenie Morsztyna o zdradę stanu i malwersacje finansowe rozbiło opozycję, a samego oskarżonego skłoniło do ucieczki za granicę. Układ polsko-austriacki zawarto 1 kwietnia. Jednak dla uniknięcia drwin, że to żart na prima aprilis, umowę antydatowano na 31 marca 1683 r. Dokument przewidywał, że w przypadku ataku na jedną ze stron druga pospieszy z militarną pomocą. Wiedeń zobowiązywał się do wystawienia armii liczącej 60 tys. wojska, strona polska miała wystawić 40 tys.
Turcy na przedpolach Wiednia
Turecką armią, liczącą ponad 100 tys. żołnierzy dowodził wielki wezyr Kara Mustafa. Siły cesarskie z księciem Karolem Lotaryńskim ustępowały pod naporem wroga. W dniu 14 lipca 1683 r. Turcy podeszli pod Wiedeń. Stolica była co prawda silnie ufortyfikowana, ale w mieście wybuchła panika. Do Warszawy wysłano posłańców z błaganiem o pomoc.
Wyprawa polska ruszyła z Warszawy 18 lipca. Jan III udał się najpierw do Częstochowy, gdzie na Jasnej Górze modlił się o powodzenie kampanii, a następnie do Krakowa, miejsca koncentracji wojsk. 15 sierpnia, z błogosławieństwem nuncjusza, armia polska pomaszerowała pod Wiedeń. Liczyła ok. 27 tys. wojsk koronnych, w tym ponad dwadzieścia chorągwi husarii. Do spotkania ze sprzymierzonymi wojskami austriackimi i niemieckimi doszło w Tulln nad Dunajem 3 września. Dowództwo nad armiami (łącznie ok. 70 tys. żołnierzy) powierzono Janowi III, którego wspierali książę Karol Lotaryński, książę Jerzy Fryderyk Waldeck oraz hetmani Mikołaj Sieniawski i Stanisław Jabłonowski.
Wiedeń uratowany
Pomiędzy 6 a 8 września przeprawiono się przez Dunaj. Wojska austriacko-niemieckie miały za zadanie atakować wroga i spychać go w stronę oblężonego Wiednia. Tymczasem siły polskie przez dwa dni w tajemnicy przeprawiały się w stronę Lasku Wiedeńskiego, aby tam ukryć się przed okiem Turków.
Na wzgórze Kahlenberg, z którego roztaczała się wspaniała panorama austriackiej stolicy, przybył Jan III. Spędził tam noc z 11 na 12 września. O świcie uczestniczył, jako ministrant, we mszy świętej, po czym nakazał przygotowania do ataku.
Turcy nie spodziewali się uderzenia od strony lasu i nie umocnili odpowiednio swego obozu. Husaria polska, chroniąca się na odcinku kilku kilometrów wśród drzew, była dla Turków niewidoczna. Sobieski wysłał jedną chorągiew husarską w celu rozpoznania, czy nie ma wykopanych rowów lub wilczych dołów. Kara Mustafa pojął, że z tej strony nadejdzie główne uderzenie i przegrupował wojska na skraj lasu, gdzie zostały ostrzelane przez polską artylerię. Wśród Turków zapanował popłoch. Na to czekał Sobieski, który dał rozkaz generalnego szturmu. Husaria z wielkim impetem natarła na obozowisko tureckie i zmusiła siły Kara Mustafy i jego samego do ucieczki. Wiedeń został ocalony.
Jan III poprowadził do ataku ok. 20 tys. jazdy. W dziejach polskiej husarii była to najsłynniejsza szarża, za którą poszły wojska sprzymierzonych. Zwycięstwo wiedeńskie oraz wygrana bitwa pod Parkanami miesiąc później złamały impet Osmanów w Europie.
„Przybyłem, zobaczyłem, Bóg zwyciężył”
Odniesiono wielki triumf, jednak relacje między sprzymierzeńcami nie były najlepsze. Król żalił się, że cesarz zachowywał się niewłaściwie w czasie spotkania z nim i polskimi dowódcami, że zaopatrzenie w broń i żywność było niewystarczające, a Austriacy zaczęli traktować Polaków niemal jako rabusiów. Zazdrościli stronie polskiej zdobytych łupów. Te wszystkie niesnaski nie były w stanie umniejszyć wielkiej sławy, jaka okryła Sobieskiego i wojska polskie. Król, jako obrońca chrześcijaństwa, był na ustach całej Europy.
Tuż po zwycięstwie wysłał do papieża słynny list ze słowami „Veni, vidi, Deus vincit” („Przybyłem, zobaczyłem, Bóg zwyciężył”). Ten zrewanżował się wyjątkowym darem. Przesłał Sobieskiemu poświęcony kapelusz i miecz przyznawany za wyjątkowe zasługi w obronie wiary. Tradycja ofiarowania kapelusza i miecza, została zapoczątkowana w XIV w.
Uczta w tureckich namiotach
Kwestię przekazania kapelusza i miecza Sobieskiemu rozważano już po zwycięstwie chocimskim, jednak sprawa znalazła szczęśliwy finał dopiero po wiktorii wiedeńskiej. Jan III zadecydował, że uroczyste wręczenie darów ojca świętego przez nuncjusza apostolskiego odbędzie się w Żółkwi 25 lipca 1684 r. Ceremonialny orszak przeszedł ulicami miasta do tamtejszej kolegiaty. W parku zamkowym zorganizowano ucztę. Specjalnie na tę okazję rozbito namioty tureckie zdobyte pod Chocimiem i Wiedniem, co stworzyło iluzję miasta. W największym z nich, Kara Mustafy, zastawiono stoły dla pary królewskiej, nuncjusza, ambasadorów, dygnitarzy świeckich i kościelnych. W swym toaście Jan III dziękował Innocentemu XI – protektorowi Ligii Świętej przeciw Turcji, a siebie nazwał żołnierzem papieża.
Z wyprawy wiedeńskiej Sobieski przywiózł, oprócz licznych łupów zdobytych na Turkach, wyjątkową relikwię. Był to obraz Matki Boskiej Loretańskiej, znaleziony nieopodal Wiednia podczas odsieczy. Na jednej z szarf widocznych na wizerunku widniał napis: „In hac Imagine Mariae Vinces Ioannes” („W tym obrazie Maryi zwyciężysz Janie”). Miejsce i czas znalezienia obrazu oraz skojarzenie ze zwycięstwem króla sprawiły, że wizerunek uznano za cudowny, a Jan III otaczał go wielką czcią. W rękach króla i jego potomków pozostawał do 1740 r., kiedy to po śmierci wnuczki Jana III został przekazany książętom Radziwiłłom, w rękach których pozostaje po dziś dzień. Wierną kopię obrazu przechowują oo. kapucyni w warszawskim kościele przy ul. Miodowej, ufundowanym przez Jana III Sobieskiego.