В апреле 1707 г. на военном совете в Жолкве последовали царские указы о подчинении Киева с малороссийскими городами общероссийскому Разрядному приказу, а также о наборе 1/5 всех казаков для составления компанейской армии «нового строя» и уступке полякам Правобережья. Кроме того, Петр I, паникуя перед наступающими шведами, активно реализовывал стратегию «выжженой земли» от Пскова до Киева (и в России, и в Европе было распространено мнение об успехах шведов в противостоянии с россиянами). Все это обострило антироссийские настроения в Украине, и старшина открыто стала призывать гетмана к «отложению» от России. Прибавились также неудачи в войне со шведами на белорусских территориях: в марте 1706 г. шведы внезапно захватили Несвиж и вырезали гарнизон во главе со стародубским полковником М. Миклашевским, а в апреле 1706 г. был пленен гарнизон Ляховичей во главе с переяславским полковником И. Мировичем.
В октябре 1706 г. польский король Август II был разбит и подписал со Швецией сепаратный договор в Альтранштаде, по которому он отказывался от короны в пользу С. Лещинского и разрывал союз с Россией. После этого украинская старшина стала искать опоры во внешних силах. Ряд полковников, происходивших с Правобережья, во главе с генеральным обозным И. Ломиковским ориентировался на союз с Польшей. Старшина Полтавского полка во главе c генеральным судьей В. Кочубеем и полтавским полковником И. Искрой склонялись к союзу с Крымом и Турцией. Гетман И. Мазепа не был готов к разрыву с Россией. В 1705 г. он вел через княгиню Дольскую переписку с С. Лещинским, однако подробно информировал о ней Петра I. Выяснилось, что компромисса с Речью Посполитой быть не могло, так как король не собирался уступать Правобережье. Поэтому, предупреждая вторжение армии С. Потоцкого, в апреле 1708 г. гетман с крупным загоном разместился в Белой Церкви.
Вместе с тем с 1706 г. при посредничестве С. Лещинского И. Мазепа вел тайные переговоры с Карлом XII о переходе Гетманщины под шведский протекторат. В сентябре 1706 г. гетман предложил шведскому королю план боевых действий: для разгрома российской армии Карл XII должен был вести наступление через Волынь на Гетманщину и оттуда, усилив армию казацкими войсками, идти на Москву. Однако в 1707 г. король повел наступление через белорусские земли на Смоленск и не воспользовался взрывом антирусских настроений в Украине. И. Мазепа занимал выжидательную позицию и проявлял лояльность по отношению к Петру I, помогал в разгроме восстания Кондратия Булавина на Дону.
На пути к Полтаве — триумф Петра I и трагедия Ивана Мазепы
Карл XII начал кампанию 1708 г. успешно: 2 июля 1708 г. он нанес серьезное поражение российским войскам у м. Головчин. Однако после столкновения с «выжженной землей» и поражения корпуса Рооса под с. Добрым король решил двигаться на юг. В сентябре 1708 г. шведские войска вступили на территорию Украины и осадили Стародуб. Здесь они узнали о поражении корпуса Левенгаупта под д. Лесной и продолжили движение на юг. Старшина отказалась, вопреки указаниям царя и гетмана, идти с полками к Смоленску и Пропойску и жечь села на территории Стародубского полка. Волнения распространились по всему Левобережью. В этих обстоятельствах 23 октября 1708 г. И. Мазепа вместе с генеральной старшиной, частью полковников и 4 тыс. казаков выехал из Батурина в ставку Карла XII. Еще ранее, в апреле 1708 г., он заключил тайное соглашение о переходе всей Украины под протекторат Швеции, которая признавала гетманство наследственным княжеством И. Мазепы и гарантировала все прежние права Войску Запорожскому. В политическом, экономическом и военном отношениях переход гетмана на сторону Швеции был неподготовленным и оказался обреченным на провал.
Царь 28 октября 1708 г. издал Манифест к малороссийскому народу, в котором обвинил И. Мазепу в измене «с целью поработить малороссийскую землю в прежнее владение польское». Было объявлено о собрании рады в Глухове для избрания нового гетмана. Войска А. Д. Меншикова 2 ноября 1708 г. взяли Батурин, где сопротивление россиянам оказал 8-тысячный гарнизон во главе с полковником Д. Чечелем. В городе была устроена резня — убиты как казаки, так и женщины и дети (возможно, до 15 тыс. чел.). Взятие Батурина обеспечила измена сотника И. Носа, указавшего россиянам тайный ход в крепость (в награду он получил звание прилукского полковника, земли и дворянство). Сторону России приняло также и большинство малороссийской старшины.