Слабости русской армии хорошо использовал шведский король. Шведы подошли к Нарве 18 ноября. Петр не ожидал их столь быстрого появления и уехал в Новгород, чтобы организовать подвоз боеприпасов и поторопить отставшие полки.
Карл XII не стал медлить и на следующий день с хода повел свою небольшую, но решительную, дисциплинированную и хорошо вооруженную армию в атаку на русские позиции. Под прикрытием метели шведы обрушились на дворянские и стрелецкие полки и привели их в смятение, иностранные офицеры, в том числе командующий, немедленно сдались в плен шведам, оставив армию без руководства. Русские полки начали беспорядочное отступление. Удар шведов стойко выдержали лишь гвардейские части. Но судьба сражения была уже решена. Русские потеряли много убитыми, ранеными, утонувшими в реке Нарове. Часть армии была захвачена в плен. На другой берег реки в полном порядке отступили лишь бывшие «потешные».
В ходе переговоров Карл XII, опасаясь, что русские полки придут в себя и, пользуясь огромным перевесом сил, перейдут в наступление, предложил русским покинуть позиции. При этом у побежденной армии сохранялось оружие, но она теряла всю артиллерию. Русским военачальникам ничего другого не оставалось, как согласиться. Потрепанные и разрозненные русские полки побрели в сторону Новгорода.
После этого Карл XII, посчитав, что с русским царем покончено, отправился в Польшу вдогонку за Августом II.
Поражение под Нарвой не надломило ни Петра I, ни Россию. Это был чувствительный удар, но он не решил исхода войны. Русская армия хотя и потеряла свою артиллерию, но сохранила состав и остальное вооружение. Зато нарвское поражение выявило не только слабые места вооруженных сил страны — неготовность новых полков, отсутствие масштабного боевого опыта, ненадежность иностранных командиров, но и слабую военно-экономическую базу страны, плохую организацию дела, архаическое управление. Все язвы и недостатки старой России как бы сфокусировались в поучительном уроке, который дал России Карл XII.
Так и воспринял этот урок русский царь. Нарвская битва стала ключевым этапом в его жизни и деятельности. Поражение он обернул будущими успехами благодаря огромной энергии, неустанному труду, личному самопожертвованию.
Уже на первых порах Петр быстро и умело организовал оборону северо-запада России, руководил возведением укреплений в Новгороде и Пскове, создал там настоящую оборонительную линию в ожидании шведского наступления внутрь страны. Своему «потешному» сподвижнику, 33-летнему князю Аниките Ивановичу Репнину (1668–1726), Петр поручил привести в порядок деморализованную русскую армию. Репнин проявил недюжинный военный и организаторский талант и создал из упавших духом, уставших солдат новые боеспособные соединения. Одновременно продолжался срочный набор и обучение новых рекрутов. Петр гнал гонцов на Урал, где вступили в строй первые чугунолитейные и железоделательные заводы, требовал от тамошних мастеров скорейшего выпуска пушек и таких, чтобы они не только не уступали шведским, но и превосходили их. Для ускорения воссоздания потерянной под Нарвой артиллерии Петр приказал снимать с церквей колокола и отдавать их в переплавку на орудия. В короткий срок русская армия получила 300 новых пушек разного типа. Они были высокого качества — более прочными, дальнобойными и легкими в передвижении, чем орудия противника из хваленого шведского металла. Уральская сталь победила шведскую. Теперь дело было за армией.
Для усиления военной мощи России Петр остро нуждался в деньгах, которых катастрофически не хватало. Поэтому вслед за Курбатовым и другие «прибыльщики» придумывали все новые и новые налоги, которые тяжелым бременем ложились на плечи народа.
Усилия царя скоро стали давать первые плоды. Военная фортуна медленно, но уверенно поворачивалась в сторону России. Этому во многом способствовал и сам Карл XII. Уверившись, что Россия разгромлена и обескровлена, что русская армия больше не существует, он обрушился на союзника России — польского короля Августа II и, по словам Петра, надолго «увяз» в Польше. Август II отступал, шведы преследовали его по огромным пространствам Речи Посполитой.
Воспользовавшись уходом основных сил Карла XII в Польшу, фельдмаршал Б. П. Шереметев, командующий войсками в Прибалтике, начал наступление в Лифляндии и вскоре, уже в 1701 г., русские ощутили вкус первых побед. В нескольких сражениях осторожный и упорный Шереметев нанес шведам чувствительные поражения. В боях с ними набирались боевого опыта вновь сформированные русские полки, дивизии, корпуса.
Попытки шведов перехватить инициативу и атаковать с моря Архангельск, а на суше пробиться к Пскову были пресечены. С большими потерями противник вынужден отступить и от Архангельска, и от Пскова.
Сообщение о первых успехах привели Петра в восторг. Он требовал от своих генералов развить успех, не давать врагу опомниться.