Матвеев уже в пути приступил к выполнению тайного царского наказа. Проезжая по городам и весям, люди Матвеева да и сам посол подробно беседовали с местными жителями. Их интересовал широкий круг вопросов. Много ли войска у гетмана? Есть ли в нем иностранные наемники? Много ли войск крымского хана у гетмана и как они ведут себя на Украине? Хочет ли польский король заключить союз с Хмельницким? Согласится ли на это Рада? Поддержит ли она стремление Хмельницкого воссоединиться с Россией?
Не доверяя полностью Хмельницкому, царский эмиссар хотел понять мотивы, движущие им, особенно интересовался его связями с Речью Посполитой. Известно, в частности, что Матвеев имел тайную встречу с неким монахом Феофилом, который был послан гетманом Потоцким с письмом к Хмельницкому. От Феофила Матвеев узнал, что польские магнаты сильно обеспокоены военными приготовлениями России. В близком окружении Хмельницкого Матвеев установил доверительные отношения с писарем Иваном Выговским, через которого стало известно о попытках Турции присоединить к себе Украину…
Уже из этих скудных сохранившихся свидетельств вполне ясно, что поездка Матвеева к Хмельницкому и состоявшиеся с ним 4 июля 1653 г. секретные переговоры выходили далеко за рамки ныне принятой обычной дипломатической практики.
Посольство Матвеева подтвердило желание украинского народа воссоединиться с русским. Люди Матвеева собрали важный стратегический материал: «сколько ныне у гетмана полков ратных людей учинено и кто у них полковников имена». Большое значение имела добытая информация о приготовлениях Речи Посполитой, Турции, Крыма к военным действиям против России.
8-9 января 1654 г. в Переяславле состоялась казацкая рада, на которой было торжественно провозглашено воссоединение Украины с Россией. 11 января Артамон Матвеев, присутствовавший на Переяславской раде, направился с отчетом к царю.
После смерти Богдана Хмельницкого на Украине начинается продолжительный период брожения, снова различные социальные и религиозные силы и группировки вступают в междоусобное противоборство. В 1669 году царь Алексей Михайлович назначает Матвеева главой Малороссийского приказа. Историки отмечают, что в период правления Матвеева сведения о внутренних и внешних событиях поступали в основном от многочисленных агентов, специально направлявшихся на Украину. Ими часто были служащие Малороссийского приказа — дьяки и подьячие.
В 1673 году Матвеев внимательно следил за отголосками разинского восстания в Запорожье, где действовал некий самозванец, выдававший себя за царевича Симеона, сына Алексея Михайловича. Матвееву удалось подкупить казацкую верхушку и заполучить самозванца. Матвеев принимает личное участие в его допросах и все полученные материалы направляет царю. 17 сентября 1675 г. Матвеев объявляет царский приговор самозванцу: «казнь вершить на Красной площади, четвертовать и по кольям растыкать…»
