Петр I направил отряд фельдмаршала Шереметева параллельно движению войск Карла XII на их левом фланге, не дав тому захватить ряд городов. По решению военного совета в Почепе в начале октября полки украинских казаков (около 16 тыс. человек) должны были соединиться с главными силами в Стародубе для того, чтобы уничтожить шведскую армию до начала зимы. Но неожиданная измена гетмана Мазепы, явившегося в конце октября к Карлу XII, нарушила этот план.
По решению военного совета Меншиков с кавалерийским отрядом 21 октября (1 ноября) 1708 г. совершил смелый рейд на резиденцию гетмана – город Батурин, уничтожил заготовленные там большие запасы продовольствия, вооружения и боеприпасов и вывез всю артиллерию (около 300 орудий). Другой базой изменника – Белой Церковью – овладели войска генерала Д.М. Голицына, затруднив тем самым прибытие подкреплений к Карлу XII из Польши.
Во главе украинского войска были поставлены новый гетман И.И. Скоропадский и возвращенный из ссылки полковник С.Ф. Палий; уже в конце 1708-го украинские казаки начали активные действия против шведов на Левобережной Украине. Сложившаяся на Украине обстановка вынудила Турцию и крымского хана прервать переговоры с эмиссарами Карла XII и воздержаться от вступления в войну.
Зимой 1708–1709 годов шведская армия расположилась в районе Прилуки – Гадяч – Ромны – Лохвица. На Украине развернулись партизанские действия крестьян и казаков совместно с кавалерийскими отрядами русских драгун.
Острый недостаток продовольствия и фуража заставил Карла XII весной 1709-го двинуться на Юг. При отходе шведы жгли населенные пункты и уничтожали мирных жителей. В апреле шведская армия сосредоточилась в районе Полтавы. Попытки взять город были отражены героическим сопротивлением гарнизона крепости (около 4 тыс. человек, 29 орудий и 2,6 тыс. вооруженных жителей) под командованием коменданта А.С. Келина с помощью подошедших главных сил, которые нанесли противнику ряд ударов и сумели ввести в Полтаву подкрепление (1200 человек) с запасами пороха. Одновременно русские войска и казаки полковника Галагана заняли Запорожскую Сечь и уничтожили там запасы, приготовленные сторонником Мазепы кошевым атаманом К. Гордиенко, который привел под Полтаву к шведам обманутых им запорожцев (большинство из них вскоре разбежались).
Полки Скоропадского заняли переправы на реках Псел и Хорол и отрезали шведам пути отступления за Днепр.
Возродилась Северная лига: Фредрик IV нарушил Травендальский, Август II – Альтранштедский договоры; датчане вторглись в Гольштейн-Готторп, саксонцы – в Польшу. Станислав Лещинский укрылся в Померании.
В конце апреля 1709 года шведский король осадил Полтаву. В июне к городу подошли главные силы русской армии во главе с Петром I. В состоявшейся 27 июня (8 июля) Полтавской битве Карл XII потерпел сокрушительное поражение, потеряв более 9 тысяч убитыми и 3 тысяч пленными.
30 июня (11 июля) Меншиков вынудил остатки шведской армии под командованием Левенгаупта капитулировать на Днепре; Карлу XII и Мазепе удалось бежать в Османскую Империю.
Федеральный закон РФ от 13 марта 1995 года № 32-ФЗ «О днях воинской славы и памятных датах России» установил 10 июля Днем победы русской армии под командованием Петра Первого над шведами в Полтавском сражении (1709).
Кстати, через две недели после Полтавской победы Александр Меншиков по поручению Петра I написал президенту подчиненной ему Ижорской канцелярии письмо: «По получении сего сделайте тотчас манету серебряную весом в 10 фунтов, а на ней велите вырезать Иуду на осине повесившегося, а снизу тридесять серебряников лежащих и при них мешок, а назади надпись против сего: треклят сын погибельный Иуда еже за сребролюбие давится. И к той манете сделав цепь в 2 фунта пришлите к нам на нарочной почте немедленно».
Это была своеобразная месть Петра. Первым кавалером первого русского ордена св. Андрея Первозванного был адмирал Головин, вторым – гетман Украины Мазепа. Когда Петру стало известно, что гетман предал его, государь разгневался. И потому, что своим предательством Мазепа открыл южный фронт и поставил русскую армию в тяжелое положение, и потому, что Петр высоко ценил свой орден и воспринял измену орденского кавалера особенно тяжело.
Работа над «орденом Иуды» задержалась: нужно было найти мастеров, сделать громадный знак и цепь. А когда орден был готов, пришла весть о смерти Мазепы (умер в конце 1709 года в Бендерах), и этот уникальный «антиорден» остался у Меншикова. Впрочем, орден впоследствии возник вновь. Его носил шут Петра – князь Шаховской, жадный и гадкий характером.
Победа под Полтавой явилась поворотным пунктом в Северной войне.
В 1710 году Петр I взял Выборг, Ригу, Ревель (Таллин), установив полный контроль над Эстляндией, Лифляндией и Западной Карелией.
Осенью Карл XII при поддержке Франции убедил турецкого султана Ахмета III объявить войну России. 12 (23) июня 1711 года Петр I был вынужден заключить тяжелый Прутский мир с Османской империей, обязавшись вернуть ей Азов, срыть все построенные им на Азовском море крепости и разорвать союз с Польшей.
В 1712–1714 годах союзники России при ее поддержке одержали ряд побед на европейском театре военных действий. В 1713–1714 годах Россия оккупировала часть территории Финляндии, в августе 1714 года русский галерный флот разбил шведский флот у мыса Гангут и двинулся на Або.
Федеральный закон РФ от 13 марта 1995 года № 32-ФЗ «О днях воинской славы и памятных датах России» установил 9 августа Днем первой в российской истории морской победы русского флота под командованием Петра Первого над шведами у мыса Гангут (1714).
В заключительный период войны (1715–1721) в июле 1717 года был высажен десант на остров Готланд, а на суше русская армия достигла Лулео.
В августе 1717 года Россия перенесла военные действия на территорию Швеции, людские и финансовые ресурсы которой были истощены.
В 1718 году Петр I начал переговоры с Карлом XII, которые, однако, были прерваны после гибели короля при осаде норвежской крепости Фредриксгальд. Вступившая на престол сестра Карла Ульрика-Элеонора и поддерживавшая ее партия стали искать соглашения с западными союзниками России. В 1719 году Швеция заключила союз с Ганновером, уступив ему Бремен и Ферден, в 1720-м – с Пруссией, продав ей Штеттин и устье Одера, с Данией, обязавшись уплачивать пошлину за проход кораблей через Зундский пролив и не оказывать поддержки герцогам Гольштейн-Готторпа, а также с Англией.
Однако шведам не удалось добиться перелома в войне с Петром I. Русские десанты периодически высаживались на побережье Швеции. В 1719 году