Пётр I направил отряд фельдмаршала Шереметева параллельно движению шведских войск Карла XII на их левом фланге. Предупредив авангарды противника, войска Шереметева предотвратили захват ими Почепа, Стародуба, Новгород-Северского и других городов, в защите которых активно участвовали местные жители. По решению военного совета в Почепе в начале октября полки украинских казаков (около 16 тыс. человек) должны были соединиться с главными силами в Стародубе с тем, 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 совершил смелый рейд на резиденцию гетмана г. 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. Повсеместный отпор шведским захватчикам со стороны украинских крестьян и горожан, расправы населения с «мазепинцами» (например, в Лубнах, Полтаве), верность союзу с Россией подавляющего большинства украинских казаков, к которым вскоре присоединились со своими полками бежавшие от Мазепы полковники Д. Апостол, И. Галаган и другие, определили несостоятельность политических и военных расчётов Карла XII и Мазепы. Обнародование перехваченного письма Мазепы Станиславу Лещинскому окончательно дискредитировало его в глазах украинского народа. Во главе украинского войска были поставлены новый гетман И. И. Скоропадский и возвращенный из ссылки полковник С. Ф. Палий; уже в конце 1708 украинские казаки начали активные действия против шведов на Левобережной Украине. Для обеспечения полной изоляции войск Карла XII от Польши Пётр I в декабре 1708 направил за Днепр к польской границе отряд генерала Г. Гольца, а в Литву на усиление войск литовского гетмана А. Синявского 7 драгунских полков. Сложившаяся на Украине обстановка и дипломатические демарши, подкрепленные демонстрацией Азовского флота, вынудили Турцию и крымского хана прервать переговоры с эмиссарами Карла XII и воздержаться от вступления в войну.
Зимой 1708—09 шведская армия расположилась в районе Прилуки — Гадяч — Ромны — Лохвица. Попытки шведов расширить этот район в ноябре 1708 окончились неудачей из-за сопротивления местного населения при помощи русских войск. На Украине развернулись партизанские действия украинских крестьян совместно с кавалерийскими отрядами русских драгун и украинских казаков. Главные силы русской армии, прикрывая дорогу на Харьков — Белгород, располагались в районе Богодухов — Ахтырка — Лебедин — Сумы. В декабря 1708 были предприняты демонстративные действия против резиденции Мазепы — Гадяча. Шведские войска, выступившие на помощь, не достигли цели, т. к. Шереметев отошёл к Лебедину. В результате шведы потеряли свои базы в Прилуках и Ромнах и 3—4 тыс. человек обмороженными. Двинувшись дальше на В., шведские войска в феврале 1709 достигли Краснокутска, продвинувшись за 2 месяца всего на 80