Допуская такую возможность в действиях Карла XII, Петр I приказал немедленно вывести армию из ретраншемента, стеснявшего маневр, и быть готовыми перейти немедленно в наступление на шведов, если они даже начнут отступать за Днепр. Если же шведы будут медлить с наступлением, то самим перейти в наступление на противника.
На решение Карла XII уклониться от боя с русскими могло также повлиять и то обстоятельство, что русская армия выстраивалась в боевой порядок на глазах у противника, вследствие чего шведы не могли не заметить количественного превосходства сил у Петра I.
Учитывая все эти соображения, Петр I принял следующее решение: большую часть армии вывести из ретраншемента и построить боевой порядок так, чтобы обеспечить свободу маневрирования; меньшую часть армии оставить в ретраншементе в качестве резерва, продолжая окончательно выяснять обстановку. В резерв Петр I назначил восемь пехотных батальонов, один батальон гренадер и несколько сот человек из резерва дивизий. Командование резервом было возложено на полковника Гинтера. Для охраны коммуникации с Полтавой Петр I направил через Яковцы к Воздвиженскому монастырю три батальона под командованием полковника Головина, «дабы тот пас в руках наших был для всякого случая», а шесть драгунских полков под начальством Волконского послал к Скоропадскому, чтобы, установив с ним связь, образовать заслон на случай отступления шведов за Днепр и для преследования разбитого врага.
Около 6 часов утра главные силы русской армии стали выходить из лагеря и выстраиваться фронтом к Будищенскому лесу.
В центре боевого порядка построились 42 батальона пехоты под командованием фельдмаршала Шереметева, на правом фланге — 18 драгунских полков под начальством Боура, на левом фланге — 6 драгунских полков под начальством Меншикова, который успел уже к этому времени разбить отрезанную колонну Шлиппенбаха.
Русская армия выстроилась в две линии, имея впереди артиллерию, расположенную по всему фронту. При этом первая и вторая линии были составлены из батальонов одного полка; за каждым батальоном первой линии стоял второй линейный батальон того же полка. Этим была обеспечена взаимная выручка. Вторая линия превратилась в линию поддержек. Боевой порядок русской армии получил глубину, что в бою обеспечивало необходимую устойчивость. Петр дал классический образец применения линейной тактики. Это был крупный шаг вперед в развитии тактических форм боя. Всего в строю русские имели около 32 тысяч против 30 тысяч шведов. В первой линии русская армия имела не более 10 тысяч человек.
Шереметев крайне беспокоился за успех действий главных сил в связи с тем, что к моменту решительной битвы значительная часть войск была выделена для охраны коммуникаций с Полтавой и для организации заслона на случай отступления шведов. Петр ему заметил на это, что «больше побеждает разум и искусство, нежели множество».
Характерно отметить исключительно высокий подъем духа русской армии. Солдаты, оставленные в резерве, просили царя, чтобы он дал им возможность, тоже принять участие в битве. Они говорили ему: «Мы, надежда-государь, ни в чем не провинились перед тобой, мы несли равные с другими труды и тяготы и ожидали с нетерпением сего дня. За что же отлучаемся от них?» На это им царь ответил: «Вы ни в чем конечно не проступились, но надобно вам охранять „ретраншемент“. Вы равную со сражающимися получите милость мою и награду».
Закончив построение частей к бою, Петр еще раз обращается к войскам: «Воины! Вот пришел час, который решит судьбу отечества. И так не должны вы помышлять, что сражаетесь за Петра, но за государство, Петру порученное, за отечество… Не должна вас также смущать слава неприятеля, будто бы непобедимого, которой ложь вы сами своими победами над ними неоднократно доказывали… А о Петре ведайте, что ему жизнь его не дорога, только бы жила Россия в блаженстве и в славе для благосостояния нашего!».
После объезда войск Петр сказал Шереметеву:
«Господин фельдмаршал! поручаю вам мою армию и надеюсь, что в начальствовании оною вы поступите согласно предписанию, вам данному, а в случае непредвиденном, как искусный полководец. Моя же должность надзирать за всем вашим начальствованием и быть готовым на сикурс во всех местах, где требовать будет опасность и нужда». Петр I, имевший в это время чин полковника, принял на себя должность начальника пехотной дивизии.