По русским данным, потери регулярных войск Петра составили 1345 человек убитыми и 3290 ранеными, сюда, разумеется, надо прибавить и потери иррегулярных войск: казаков, калмыков и др.
Вечером 27 июня Пётр устроил в двух роскошных шатрах пир в честь победы. Туда были приглашены и знатные пленники: премьер-министр Пипер, принц Вюртембергский, фельдмаршал Реншильд, генерал-майоры Шлиппенбах, Стакельберг и Гамильтон. Пётр обратился к «гостям» с речью: «Вчерашнего числа брат мой король Карл просил вас в шатры мои на обед, и вы по обещанию в шатры мои прибыли, а брат мой Карл ко мне с вами в шатер не пожаловал, в чем пароля своего не сдержал. Я его весьма ожидал и сердечно желал, чтоб он в шатрах моих обедал, но когда его величество не изволил пожаловать ко мне на обед, то прошу вас в шатрах моих отобедать».
За столом граф Пипер, оправдываясь, сказал, что много раз советовал Карлу заключить с русским царем мир. Пётр ответил, посерьезнев: «Мир мне паче всех побед, любезнейший». Миролюбие Пипера было оценено по достоинству. Шереметев предоставил ему на ночь свою палатку и постель и дал «в долг» тысячу дукатов.
А между тем остатки шведской армии за 28 июня прошли от Пушкаревки до местечка Новые Сенжары. Шведы совершили марш более-менее организованно, с ними шли почти все орудия шведской армии. 29 июня шведы достигли местечка Кобеляки. Карл вел армию по правому берегу реки Ворсклы к Днепру.
Однако на берегу Днепра шведов ждала катастрофа, сопоставимая с Полтавой, а может, даже ещё большая. Вода в Днепре поднялась, а переправочных средств в районе Переволочны не оказалось.
Добраться до правого берега Днепра удалось лишь трем тысячам шведов и запорожцев. Раненый король был переправлен на коляске, установленной на импровизированный понтон, состоявший из двух лодок.
30 июня в 11 часов утра генерал Левенгаупт, командовавший шведами, оставшимися на левом берегу Днепра, капитулировал перед русскими войсками. В плен сдалось 20 тысяч человек. Среди них было 3 генерала, 980 офицеров, 12 575 унтер-офицеров и рядовых. В числе нонкомбатантов были 40 пастырей, 231 музыкант, 945 мастеровых, 34 придворных короля, 25 королевских лакеев и т. д., всего 3402 человека. Среди сдавшихся было 1657 шведских женщин и детей. Под Переволочной русским досталась и вся шведская артиллерия – 31 орудие (21 пушка, 2 гаубицы и 8 мортир). И, наконец, в руки победителям попали огромные средства: основная казна армии составляла два миллиона монет разного рода и достоинства, в кассах полков находилось около 400 тысяч монет и в денежных ящиках Мазепы – свыше 300 тысяч монет.
Из 23 тысяч шведских военнопленных, взятых под Полтавой и Переволочной, лишь около четырех тысяч снова увидели родину. В некоторых полках, которые начали военную кампанию с тысячным составом, возвратилось домой около десятка человек. Ещё в 1729 г., через восемь лет после окончания войны и через двадцать после Полтавского сражения, в Швецию продолжали приезжать бывшие пленные. Едва ли не самым последним стал гвардеец Ханс Аппельман – он вернулся в 1745 г., после 36 лет плена.
Над пленными же казаками, как гетманскими, так и запорожскими, царь учинил дикую расправу. Вернувшиеся на родину пленные шведы рассказывали, что вокруг Полтавы и по близлежащей степи на каждом шагу попадались тела казаков в самых жутких видах и положениях: кто-то болтался на виселице, другие были живыми посажены на кол, третьи, с отрубленными руками и ногами, но тоже ещё живые, висели на колесе, на котором их колесовали.
Карл и Мазепа вместе с уцелевшими запорожцами через 7 дней после переправы через Днепр достигли Буга и оказались в турецких владениях. Поначалу очаковский паша пообещал Карлу обеспечить шведов провиантом и впустить в город, но позже. Тем временем русская кавалерия напала на шведов, переправившихся через Буг, и нанесла им ощутимые потери.
Турецкий султан приказал Юсуфу-паше, сераскиру Бендер, принять Карла, как гостя Османской империи. Это означало, что турецкая казна брала на себя содержание шведов. Король надолго остановился под Бендерами в специально построенном лагере. Там 22 августа 1709 г. умер гетман Мазепа. Его похоронили близ Бендер, но затем гроб выкопали и отправили в Яссы. На Украине долго жила легенда, что похороны были фиктивные, а на самом деле Мазепа пробрался в Киев, принял схиму в Печерской лавре и умер в покаянии.