Пока посольство тщетно пыталось склонить западные государства к активизации действий против Турции, Петр вел то тайные, то полуофициальные переговоры с властелинами тех стран, где оно побывало. Но очень часто долгие дни проводил совсем не в посольских занятиях: в Голландии плотничал на верфях Саардама, учился мастерству на бумажной мельнице. Вместе с ним учились кораблестроительному делу и другие волонтеры — его сподвижники — А. Д. Меншиков, Г. И. Головкин. В Амстердаме Петр посетил театр, побывал в Анатомическом музее. Посетил в Гааге и Генеральные штаты — тогдашний голландский парламент. С курфюрстом Бранденбургским он изъяснялся уже без переводчика, поражал своих собеседников природным умом, любознательностью, но одновременно отсутствием какого бы то ни было воспитания. Так, он удивлял своих высоких хозяев тем, что не умел пользоваться салфеткой во время еды.
В Англии Петр побывал в парламенте, но наблюдал за его работой через слуховое окно и остался недоволен тем, что «мужики» здесь управляют государством. Он посетил Английское королевское общество, бывшее тогда центром английской науки, ознакомился с Оксфордским университетом, Гринвичской обсерваторией; на Монетном дворе несколько раз встречался с его управляющим — великим Ньютоном. Много времени проводил Петр на английских верфях, где постигал профессию инженера-кораблестроителя, учился артиллерийскому искусству и получил сертификат артиллериста.
Результаты Великого посольства были впечатляющими. За границей было нанято более 800 мастеров разных специальностей. Сам царь и его сподвижники многому научились и многое узнали. Петр наконец-то воочию увидел европейскую цивилизацию во всем её блеске: города, университеты, лаборатории, музеи, мощеные плиткой улицы, великое могущество британского флота. Но особенно его потряс своей красотой и необычностью Амстердам — город каналов и тысячи мостов. Позднее Санкт-Петербург он попытается построить по типу полюбившегося ему голландского города.
Возвращаясь в Россию, Петр был охвачен всепоглощающей мыслью превратить свою страну в развитую, просвещенную, сильную державу — такую же, как увиденные им передовые европейские страны. Теперь все, что связывалось в его сознании с русской косностью и стариной, подлежало разрушению или по меньшей мере коренной перестройке.
Однако не все понравилось русскому царю на Западе; он либо враждебно, либо равнодушно встретил европейские демократические традиции: парламент, систему народного представительства, выборов. Он так и не осознал, что именно эти коренные политические перемены в Англии, Голландии и выдвинули эти страны в ряд ведущих промышленных держав Европы. Свобода личности, гражданские свободы, свобода предпринимательства — эти понятия остались для него чуждыми. Вернулся он в Россию таким же, как и был — самодержцем, абсолютным монархом, возвышающимся над своими подданными — холопами, которые трепетали при одном его грозном взгляде.
Будучи в Европе, Петр отчетливо понял, что европейские державы не намерены выполнять свои союзнические обязательства по борьбе с Турцией.
Русский царь сориентировался быстро. Он взял курс на мирное урегулирование дел с Турцией и устремил взор на север. Выход к Балтике, прорыв к морю на северном направлении постоянно находились в сфере российской политики ещё со времен Ивана III. Теперь же союзниками России здесь могли стать Польша, Бранденбург, Дания, Саксония, чей курфюрст стал польским королем. Они испытывали сильнейшее давление могущественной Швеции, захватившей огромные территории по берегам Балтики, в том числе и у России.
Так вместо антитурецкого союза Петр увозил с собой из Европы тайную договоренность с рядом северных стран о борьбе против Швеции. Это был смелый и расчетливый поворот всей внешней политики России.
Обратный путь царя лежал через Амстердам, Лейпциг, Дрезден, Прагу, Вену. Из Вены Петр собирался двинуться в Венецию. Но вдруг его маршрут круто изменился: в Вене он узнал о восстании четырех стрелецких полков. Разосланные после взятия Азова по разным городам, что вызвало их недовольство, стрельцы так и не вернулись к своим семьям и привычным промыслам. Они взбунтовались и, воспользовавшись отсутствием царя, двинулись на Москву. Их знаменем по-прежнему оставалась царевна Софья.
Из Вены Петр стремглав, загоняя лошадей, помчался обратно. Но уже в Польше он получил известие, что мятежники разбиты полками А. С. Шеина и П. Гордона. Началось следствие.
Бунт стрельцов вызвал в нем прежний страх и ненависть к старому укладу русской жизни, который они грозили вернуть.