Ужасный пример Батурина изменил планы многих потенциальных союзников Мазепы. В штаб-квартире Петра I в Лебедине начала работу следственная комиссия, искавшая союзников Мазепы. Современник писал: «Их находили в домах и отдавали на страшные муки, колесовали, четвертовали, сажали на кол, и уже совсем игрушкой считалась казнь через повешение и отсечение головы». Поскольку казни сопровождались конфискациями имущества, многие члены следственных комиссий пытками доводили обвиняемых до того, что люди, совершенно не причастные к делу, признавали себя виновными, после чего их быстро казнили. Только в одном небольшом Лебедине — городе Слободской Украины, где никогда не видели Мазепу, — было казнено около тысячи человек. Движимое и недвижимое имущество невинно убитых, естественно, до казны не доходило, оседая в карманах добровольных садистов, по совместительству членов следственных комиссий. Это было в порядке вещей — еще со времен Ивана IV Ужасного царская власть не любила наказывать своих слуг-исполнителей, несмотря на их отрицательный профессионализм и неимоверную жадность. Петр I в ярости борьбы только создавал новое государство и ужасная правда до него часто не доходила, или докладывалась в искаженном виде.
В ноябре 1708 года в Глухове по указанию Петра I новым украинским гетманом был избран стародубский полковник Иван Скоропадский, правивший Гетманщиной до 1722 года. Чуть позже из сибирской ссылки вернули Семена Палия. В Глухове повесили куклу Мазепы, духовенство огласило проклятие теперь уже бывшему гетману, в Москве его объявили изменником и провозгласили анафему. Это произвело большое впечатление на население.
Меньшую часть Украины заняли шведы, большую — Россия с новым гетманом Скоропадским. Шведская армия осталась зимовать на Украине и население повело против нее партизанскую войну, на которую шведы отвечали жестокими репрессиями, ухудшившими их положение. Украинские партизаны сократили железные полки Карла XII на четверть.
Иван Мазепа вел переговоры о создании антимосковской коалиции с поляками, турками, крымскими татарами, Молдавией, Валахией, Трансильванией, донскими казаками, калмыками, казанскими татарами, башкирами — все выжидали, понимая, что все решится в противостоянии Швеции и России. Сам Карл XII застрял под Полтавой, пытаясь занять стратегический пункт на перекрестке дорог. Отчаянно защищавшийся город король взять так и не смог, оставив на полтавских валах несколько тысяч своих солдат.
Московские полки, ненадолго остановленные запорожцами под Нехворощей, пошли на Запорожскую Сечь и уничтожили ее. Большинство запорожских куреней с кошевым Костем Гордиенко были в лагере у Мазепы.
27 июня 1709 года в кровопролитнейшей Полтавской битве армия Петра I и казаки Скоропадского полностью разгромили армию шведов. В битве участвовал только первый эшелон российских войск, но Петру этого было вполне достаточно. Блестящий гений будущего императора победил неупорядоченный талант шведского короля.
С остатками войск Карл XII и Мазепа бежали на юг. У Переволочны уйти на турецкие земли смогли только несколько сот человек. 30 июня 15 000 деморализованных шведов без боя сдались 10 000 кавалеристов Меншикова. Шведская армия перестала существовать.
Местопребыванием короля и бывшего гетмана были назначены Бандеры. 22 сентября 1709 года Иван Мазепа умер — от отчаяния или приняв яд. Его похоронили в монастыре, на Дунае.
Через двадцать дней после Полтавской битвы гетман Иван Скоропадский передал на утверждение в Москву «Решетиловские статьи». Их быстро утвердили, не придавая этому особого значения. Теперь при гетмане постоянно находился резидент Петра I: «чтобы он имел неослабное смотрение за поступками гетмана, старшины и полковников». С «согласия» И. Скоропадского и старшины несколько украинских местечек были переданы вельможам Петра I Меншикову и Шафирову — впервые на Украине появились российские землевладельцы. Время великих гетманов на Украине закончилось.
Вместе с Мазепой в Бендерах оказались пятьдесят казацких старшин, около пятисот казаков из левобережных полков и около четырех тысяч запорожцев. Это была первая украинская политическая эмиграция. С одобрения турецкого султана в мае 1710 года гетманом в изгнании был выбран генеральный войсковой писарь Филипп Орлик. В день выборов была утверждена написанная им «Pacta et constitutions» — «Конституция прав и свобод Запорожского Войска», провозгласившая независимость Украины от Польши и России. Тридцать лет после Полтавской битвы «казацкий атаман Орлик» ездил по Европе, ища поддержки своему движению против Российской империи. Гетман в изгнании писал: «Народ всегда имеет право протестовать против гнета и вернуть использование своих древнейших прав, если будет иметь для этого подходящее время».
Украина в составе Российской империи