Именно после Лесной Петр узнал об измене Мазепы. Царь был ошеломлен и взбешен. Он безгранично верил гетману, с которым в свое время прошел Азовские походы. Верные люди доносили Петру, что готовится измена, но царь не верил этому и даже выдал Мазепе доносчиков, которых тот казнил. И теперь царь расплачивался за свою оплошность. В ярости он приказал А. Д. Меншикову захватить ставку Мазепы город-крепость Батурин, и Меншиков поспел туда раньше, чем там появились шведы. Город, крепость, замок были сожжены, а все запасы оружия и продовольствия, которые Мазепа приготовил здесь для шведов, были захвачены русским отрядом. В назидание изменникам над изображением Мазепы по приказу царя был совершен обряд казни. Имя гетмана было предано церковной анафеме.
Всю осень и зиму 1708–1709 гг. Карл XII метался по Украине. Он тщетно пытался пробиться к Москве, но повсюду встречал русские заслоны. Лютые морозы, голод, болезни косили шведов. На Украине под ногами чужеземцев и сторонников Мазепы буквально горела земля.
В эти дни Мазепа утвердил новое знамя для своих сторонников — желто-голубой флаг, который по цветам повторял знамя шведского королевства.
Полтавская битва.
К апрелю значительно поредевшая, но ещё достаточно сильная шведская армия осадила город Полтаву. Взятие Полтавы открывало путь на Москву, кроме того, отсюда дороги вели в Крым — с ханом Карл XII вел переговоры о взаимных действиях против России. К Полтаве спешили и шведские резервы, сюда же направлялось войско нового польского короля — шведского союзника. Таким образом, взятие крепости могло значительно изменить весь ход войны. Но Полтава отбивала все яростные атаки шведов. Небольшой гарнизон и вооружившееся городское население стояли насмерть, организовывали вылазки, наносили шведам урон.Кончилась весна, наступили жаркие июньские дни, а армия Карла XII так и не могла овладеть Полтавой. Героическая оборона города, сковавшая здесь на долгие три месяца армию шведов, помогла русским подтянуть сюда основные силы. В начале июня в лагерь русских войск приехал Петр. Именно под Полтавой он решил дать генеральное сражение Карлу XII, к которому тот упорно стремился несколько лет. Царь сам выбрал место сражения: русские расположились укрепленным лагерем, встав спиной к правому берегу реки Ворсклы, через которую были наведены мосты. Впереди находилась небольшая равнина, закрытая с левого фланга густым лесом; впереди, откуда ожидалась атака шведов, тоже находился лес. Далее шли шведские позиции, а за ними Полтава. Шведы оказывались зажатыми на узком участке пересеченной местности, где трудно осуществлять их любимый широкий маневр. Впереди у них была русская армия, сзади — Полтава. Разработал Петр и план боя, в частности предусмотрел возведение на пути шведской атаки по открытому пространству укрепленных редутов, определил роль русской конницы в решающие минуты битвы.
Особое значение он отводил артиллерии, которая более чем вдвое превосходила количество артиллерийских стволов у шведов.
Накануне сражения, 26 июня, Карл XII, раненный в ногу казачьей пулей во время осмотра места предстоящей битвы, объехал свои войска, лежа на носилках. К бою были готовы 30 тысяч отборных шведских солдат, прошедших с боями пол-Европы.
В своей речи, обращенной к застывшим рядам шведов, Карл XII вспоминал о славных победах, звал постоять за своего короля, обещал разгромить русских варваров и устроить пир в их захваченных шатрах.
Совсем другими мыслями и чувствами была наполнена знаменитая речь Петра, которой внимали русские воины в критически часы боя 27 июня: «И не помышляли бы… быть за Петра, но за государство Петру врученное, за род свой, за народ всероссийский… О Петре ведали бы известно, что ему житие свое недорого, только бы жила Россия и российское благочестие и благосостояние». Под ружьем в русском лагере находилось 47-тысячное регулярное войско. Таким образом, к решающей битве Петр I подошел, имея значительное превосходство в войсках и количестве артиллерии.
В предрассветных сумерках, 27 июля 1709 г., шведы четырьмя колоннами двинулись в атаку. Следом двигалась кавалерия. Земля содрогалась от топота солдатских ног и конских копыт.
Перед сооруженными накануне укреплениями шведские колонны были встречены конницей Меншикова, которая около полутора часов сдерживала натиск шведов, но потом отошла за линию редутов. И тут, в пятом часу утра, шведы натолкнулись на русские укрепления. Оттуда на них обрушился шквальный оружейный и орудийный огонь. Не ожидавшие этого шведы остановились и тут же были вновь атакованы русскими драгунами. Так ещё на передней линии фронта русские полководцы навязали шведам изнурительное и долгое сражение.