Ostatecznie do podziału Mazowsza doszło 1349 r., kiedy to młodszy Kazimierz otrzymał niewielki dział z niezbyt liczącym się wówczas miasteczkiem – Warszawą. W ten sposób przyszła stolica Polski została po raz pierwszy wyróżniona, choć była wtedy osadą o wiele mniejszą od niedaleko leżących: Czerska i Rawy Mazowieckiej.
W 1351 r. do skromnego działu Kazimierz dołączył również ziemię sochaczewską otrzymaną po zmarłym bezpotomnie bracie stryjecznym – Bolesławie III.
18 września 1351 r. Kazimierz I wspólnie ze starszym bratem Siemowitem III zdecydował się na złożenie hołdu lennego królowi Polski Kazimierzowi Wielkiemu. W zamian za podporządkowanie się Polsce bracia otrzymali wówczas przyrzeczenie otrzymania całości spadku po Bolesławie III, gdyby król zmarł bezpotomnie. Stolice księstwa Bolesława III – Płock bracia otrzymali zresztą natychmiast, choć tylko jako zastaw, w zamian za 2000 grzywien.
Kazimierz nie zdążył się ożenić. Nie miał też dzieci. Zmarł 26 listopada 1355 r. i został pochowany w katedrze płockiej. Księstwo warszawskie jako opróżnione lenno przysługiwało wówczas Kazimierzowi Wielkiemu.