К моменту, когда Карл повернул на Украину, у гетмана появились серьезные причины опасаться за свое положение. В 1707 году на военном совете, когда Мазепа просил прислать ему для защиты от шведов десять тысяч солдат, Петр ответил, что у него нет и десяти лишних человек. Старик так встревожился и расстроился, что потом даже не поехал к царю пировать и жаловался ближним на государеву неблагодарность. Особенно Мазепу задело, что Алексашка Меншиков смеет отдавать приказания украинским полкам через голову гетмана. Ходили слухи (возможно, правдивые), что временщик хочет сам стать малороссийским гетманом.
К личным опасениям Мазепы присоединялась тревога за Украину. Петр вел здесь такую же политику, как на Дону, где насаждение самодержавных порядков привело к булавинскому восстанию. Украинские вольности тоже постоянно ущемлялись. Казаки устали от нескончаемой войны, народ истомился от постоянно растущих поборов, а особенное раздражение вызвало строительство Печерской крепости в Киеве. Петру нужно было укрепить город ввиду возможного шведского нашествия, и власти не церемонились: людей насильно сгоняли на казенные работы, к чему украинцы, в отличие от русских крестьян, совершенно не привыкли.
Долгое время с Мазепой пытались установить контакт не сами шведы, а их союзники из окружения польского короля Станислава Лещинского. Гетман не откликался (так что донос Кочубея и Искры скорее всего был лживым). Старику, по словам С. Соловьева, «больше всего хотелось… в бездействии выжидать, чем кончится в Великороссии борьба между Петром и Карлом». Но вот война пришла в Малороссию, и надо было что-то решать. Получив известие о приближении Карла, гетман воскликнул: «Дьявол его сюда несет!»
Гетман Мазепа
В это время Мазепу вдруг вызвали в Глухов, где находилась царская ставка. Гетман испугался, что его хотят отстранить или даже арестовать, стал советоваться с ближними полковниками. Те убеждали не ехать и войск против Карла не посылать, а, наоборот, отправить королю грамоту с предложением союза. Генеральный писарь Филипп Орлик составил письмо, адресованное главному шведскому министру графу Пиперу. В этом документе первые люди Украины заявляли, что выходят из московского подданства, просят Карла о защите и готовы встать под его знамена.
До получения ответа Мазепа решил потянуть время. К Меншикову отправился есаул Андрей Войнаровский, племянник и наследник бездетного гетмана, с сообщением, что Иван Степанович захворал и находится при смерти. Меншиков, видимо заподозрив неладное, сказал, что желает проститься с умирающим и поедет к нему сам.
Кроме того, Войнаровский подслушал разговор офицеров, которые говорили: «Завтра эти люди будут в кандалах» (возможно, есаул придумал разговор, чтобы подтолкнуть нерешительного дядю к действиям).
Мазепа в самом деле испугался, вскочил в седло и на следующий день, 24 октября, был уже у шведов. Карл принял перебежчика милостиво, что и неудивительно. Правда, Мазепа привел совсем немного людей, две или три тысячи, но королю не требовались воины, ему было нужно, чтобы украинское население не проявляло враждебности и не мешало шведским фуражирам добывать продовольствие.
Измена Мазепы стала для Петра ударом еще более страшным, чем восстание донских казаков. Было очень важно, кто первый успеет захватить Батурин, гетманскую резиденцию, где хранились казна, боеприпасы, провиант. Меншиков оказался расторопней. Уже 1 ноября он был перед Батуриным, перебил всех, кто там был, забрал всё ценное, а город спалил.
С невероятной поспешностью, уже через три дня, Петр собрал в Глухове духовенство и всю оставшуюся старшину, чтобы низложить гетмана. Новым гетманом вскоре стал казачий полковник Иван Скоропадский.
После этого началась война манифестов, рассылаемых обеими сторонами по всей Украине. Петр с новым гетманом и Карл со старым гетманом пытались заручиться поддержкой народа.