Не успели царские войска разгромить последние отряды донских повстанцев, как в конце октября 1708 г. «Гетман и Кавалер Царского Пресветлого Величества войска Запорожского» Иван Мазепа (1639−1709) бежал в лагерь шведского короля Карла XII, который двигался с войском по Слободской Украине. За гетманом Мазепой последовали до 10 тысяч запорожских казаков — вдвое меньше, чем численность восставших против царской власти казаков на Дону полугодом ранее. В общем, переход во время войны, в непосредственной близости от театра военных действий на сторону противника не имел оправдания и по средневековым канонам феодального вассалитета. Вассал мог «отъехать» на службу другому сеньору (что было широко распространено в ВКЛ), но не во время военного похода. С точки же зрения формировавшегося тогда современного представления о государственном подданстве (на основе политического идеала абсолютистской (не контрактной) власти государя над подданными и камералистского учения о государстве, верховным воплощением которого и является государь) — поступок гетмана Мазепы был государственным преступлением. Однако Петра он привел в ярость, прежде всего, как акт личного предательства: он слепо доверял Ивану Мазепе, прислушивался к его советам (особенно в том, что касалось польской политики) и щедро награждал его. Помимо обширных земельных пожалований, Петр добился для него титула князя Священной Римской империи всего за год до того, а в 1700 г. наградил первым российским орденом Андрея Первозванного — Мазепа стал вторым (после Федора Головина) кавалером ордена. Ивану Мазепе уже приходилось менять присягу верности государю (начинал он свою службу при польском дворе), хотя и не при таких драматичных обстоятельствах. Он был расчетливым царедворцем и политиком, и его лояльность Петру I не имела ничего общего с личной преданностью. Считается, что мечтавший о наследственной княжеской или королевской власти над Малороссией Мазепа установил связь с Карлом XII и его кандидатом на польский престол Станиславом Лещинским еще в 1707 г., после серии поражений армии Петра I в Северной войне. Впрочем, и тогда он будто бы сказал: «Без крайней, последней нужды я не переменю моей верности к царскому величеству… Пока не увижу, что царское величество не в силах будет защищать … всего своего государства от шведской потенции».
Тем более нелогичным кажется решение Мазепы бежать в лагерь Карла XII спустя ровно месяц после крайне чувствительного удара Петра I по «шведской потенции»: 28 сентября 1708 г. в битве у деревни Лесной (в полусотне километров от беларуского Могилева) 16-тысячный отборный корпус под командованием выдающегося шведского генерала Адама Левенгаупта, двигавшийся на соединение с основной армией короля, был разгромлен сопоставимым или меньшим войском под командованием самого Петра. В результате к Карлу XII Левенгаупт привел лишь шесть тысяч солдат с ружьями, а все тяжелое вооружение, боеприпасы и запас продовольствия на три месяца в огромном обозе были захвачены российским войском. В этом контексте решение Мазепы выглядит скорее политическим шагом, чем проявлением личного оппортунизма: оставаться на стороне Петра I становилось явно менее рискованным.
Однако Петр выделял и награждал Мазепу как своего подданного, не имевшего иных политических интересов, кроме интересов царя и создаваемого на принципах камерализма Российского государства. Петр препятствовал планам гетмана объединить украинские земли, отторгнув от Польши Правобережную Украину: он желал сохранять договор о границе с польским королем. Но главный удар по надеждам гетмана Мазепы сохранить автономию Малороссии под своей монаршей (княжеской) властью был нанесен камералистской областной реформой Петра: согласно указу, подписанному 18 декабря 1708 г. (меньше чем через два месяца после бегства Мазепы), вся территория Московского царства делилась на восемь губерний и управление ими встраивалось в единую систему администрации. Практически вся Левобережная Украина передавалась в Киевскую губернию, и ее губернатор — при всей широте полномочий — оказывался лишь назначаемым высокопоставленным чиновником, а никак не монархом, пусть и в вассальных отношениях с царем — будущим императором. Планы реформы обсуждались заранее, и о предстоящем ущемлении автономии Малороссии Мазепа узнал по крайней мере еще в марте 1707 г. на военном совете в Жолкве (под Львовом). Возможно, несмотря на запоздалость своего решения примкнуть к Карлу XII в октябре 1708 г., он видел в этом последний шанс помешать камералистской реформе Петра, превращающей Малороссию в заурядную провинцию России. Карл XII и его кандидат на польский престол Станислав Лещинский обещали гетману Мазепе ту автономию Малороссии и ту подлинно княжескую власть (на условиях вассалитета по отношению к польскому королю), которые отбирались в результате реформы Петра I.