Петр оказался не готов к этой войне и был вынужден ее вести против своего желания. Понадеявшись на союз с Августом II и на помощь единоверных русским подданных султана: сербов, черногорцев, молдаван и валахов – он выступил в поход всего с 40-тысячным войском, рассчитывая, что союзники его выставят в поле еще вдвое больше сил. Однако же на деле оказалось, что только одни черногорцы честно стали на сторону Петра и храбро бились с турками. Польский король медлил, а валахский господарь даже изменил Петру и перешел на сторону султана. Вследствие этого, Петр неожиданно очутился со своим войском перед 200 000 армией турок, которые и окружили его со всех сторон на берегах реки Прут. Положение Петра было безвыходное, и гибель всей его армии неизбежна, если бы турки решились атаковать русских, приготовившихся к отчаянной обороне. Но визирь (турецкий главнокомандующий) предпочел вступить с Петром в переговоры, и Петр, находясь в таком угрожающем положении, был вынужден согласиться заключить мир с Турцией (12 июля 1711 г.) на самых невыгодных для России условиях. Петр обязывался возвратить Турции Азов, уничтожить вновь построенные крепости на Азовском море, отказаться от союза с Польшей и позволить Карлу беспрепятственно вернуться в Швецию через Россию.
Но Прутская неудача была вскоре вознаграждена целым рядом успехов на севере, где Петр неутомимо продолжал воевать со Швецией. Одновременно он помогал своим союзникам, Польше и Дании, воевать со Швецией в Померании, в свою очередь вытесняя шведов с северного берега Финского залива, тогда как южный был уже давно в его руках. При этом огромную роль сыграл в этой войне российский флот, который был заложен Петром на Балтийском море, сразу после основания Петербурга. Этот юный балтийский флот всюду одолевал флот шведский. Он овладел с моря городами: Або и Гельсингфорсом. В то же время русские войска нанесли шведам поражение при Таммерфорсе и заняли почти всю Финляндию (25 июня 1714 г.). Вскоре после этого Петр одержал морскую победу над шведским флотом при Гангуте и овладел Аландскими островами. Русские войска оказались так близко от шведской столицы, что шведы стали спешно укреплять ее.
В то время, когда русские войска и русский флот одерживали победу за победой над шведами, Карл XII после многих приключений вернулся в Швецию и увидел полное торжество Петра на суше и на море. Один из приближенных к Карлу министров, голштинец Герц, стал склонять шведского короля к примирению с Петром. На одном из Аландских островов были начаты даже переговоры о мире между Швецией и Россией, но вскоре они были прерваны смертью Карла, погибшего под стенами норвежской крепости Фредериксгальд (11 декабря 1718 г.).
Тогда враждебное Герцу дворянство, воспользовавшись сумятицей, наступившей после смерти Карла обвинило Герца в государственной измене. Он был казнен, и России была вновь объявлена война. Но она не могла продлиться долго, потому что Швеция была истощена, а русские войска повсюду одерживали верх, делали смелые высадки на берега Швеции и даже подступали к стенам Стокгольма. В результате этого, Швеция, наконец, начала переговоры о мире. 30 августа 1721 года русские уполномоченные Брюс и Остерман, заключили в Ништадте мир, по условиям которого Швеция отказалась от Ливонии, Эстонии, Ингрии, части Карелии и части Финляндии. Так закончилась «Великая Северная война», длившаяся более 20 лет. Заключение Ништадтского мира, как события первостепенной важности, было ознаменовано в новой русской столице целым рядом празднеств, и по общему ходатайству всех сословий государства Петр принял титул Императора Всероссийского.