Комендант Полтавы полковник Келин с утра держал свои силы в боевой готовности. Он выжидал подходящего случая, чтобы вмешаться в большое сражение, происходившее дальше к северу. Случая все не было, пока русские не заметили разрозненные остатки шести батальонов Рооса, которые вырвались из-за опушки Яковецкого леса у монастыря, окруженные роем русской кавалерии. Их преследователи связались с городом. Именно Келин приказал сделать вылазку, которая отрезала шведам путь к безопасности по другую сторону от Полтавы. Батальоны Келина, однако, не стояли на месте, выжидая своего часа, после того как отряд Рооса отступил к Гвардейскому шанцу. Вместо этого они развернулись и двинулись против маленького штерншанца, который защищало всего 40 солдат. Прагматичный Хорд, очевидно, рассудил, что дальнейшее сопротивление этим превосходящим силам безнадежно: когда русские предложили ему сдаться, он согласился. Небольшой отряд сложил оружие.
Келин почуял успех и приказал сделать еще одну вылазку. Она была направлена против шведских частей, засевших в осадных укреплениях. Русские солдаты бросились в атаку, но она была отбита. Русский отряд был слишком слаб. Слишком малочислен.
Части, которые только что победили отряд Хорда, получили приказ вмешаться в игру. Они должны были подняться по крутому склону тут же рядом, южнее города, достигнуть высоты Мазуровка и напасть на шведские укрепления с фланга. Сначала атака шла в соответствии с планом. Отряд из 140 пехотинцев Крунубергского полка под командой молодого померанского секунд-капитана Карла фон Ранго стоял в карауле к северо-востоку от города и ниже, ближе к реке. Им пришлось отступить перед массированным штурмом русских штыков, и их погнали вверх по поросшему лесом склону до самой высоты. Одновременно другие русские отряды, поддержанные казаками, пошли в атаку на маленький дозор к северо-западу от города и без труда оттеснили его в сторону. Русские солдаты из крепости сделали новую вылазку.
Командир крунубергцев, знаток иностранных языков, Юхан Крунман в таком положении послал приказ фон Ранго и его отряду немедленно вернуться к осадным укреплениям, приказ, который тут же был выполнен. Шведы стянули все свои силы и приготовились к защите в окопах ниже стен города. Им надо было отразить двойную атаку: русские силы, вышедшие из Полтавы, пошли на штурм с фронта и с левого фланга, в то время как уже упоминавшаяся группа из четырех батальонов напала на их правый фланг. Когда рвущиеся вперед шеренги солдат в зеленом со сверкающим оружием достигли осадных укреплений, возникла в буквальном смысле слова окопная война. Группы солдат метались по окопам, ходам сообщения и параллелям и стреляли или рубили друг друга. Атака сменялась контратакой. Русские атаковали шведскую батарею на валу, и две пушки попали к ним в руки; командир сёдерманландцев Габриэль фон Вайденхайн, был убит пушечным ядром, выпущенным из блокгауза рядом с валом. Шведы защищались отчаянно; через минуту атаки выдохлись. Наступила пауза. Единственным успехом русских был захват батареи, в остальном шведские солдаты удержали свои позиции.
В двух километрах к северо-востоку, внизу в Гвардейском шанце, тщетная надежда на помощь начала затухать. Все больше русских отрядов толпились вокруг маленького укрепления; а шведских войск не было. От русского строя отделились две фигуры, барабанщик и офицер: они приближались к валу. Барабанщик выбивал дробь на своем инструменте, давая этим понять, что они хотят вступить в переговоры с людьми в шанце. Шведы выжидали в абсолютном молчании. Русский офицер начал кричать: он просил не стрелять, он послан поговорить с их командующим. Его подпустили ближе, и Роос вышел на площадку на валу послушать, что тот имеет ему сказать. Офицер вежливо отдал честь и сказал, что Его Царское Величество приветствует шведского командующего и предлагает ему свою милость. Если Роос сдастся добровольно, то не только он сам, но и все, кто здесь с ним, смогут сохранить свое имущество и с ними будут обходиться столь порядочно, как мало каким пленным в мире испытать доводилось. Шведский генерал-майор наверху на площадке спросил, кто командует неприятельскими силами. Ответ был — генерал-лейтенант Ренцель. Тогда Роос напыщенно попросил офицера передать Ренцелю: «Он знает, что здесь со мной не мои солдаты, а солдаты короля, коих я никогда в жизни не отдам», но тем не менее попросил время на размышление до вечера, чтобы взвесить предложение.