Швеция со времени короля Густава Адольфа считалась сильнейшим государством Европы, почему Петр и придавал исключительно важное значение предстоящему сражению. 27 июня Карл двинул свои войска против русской армии, прикрытой тактически выгодной системой редутов. Преимущество в численности войск было на стороне русских. Состав русской армии был 80 000 человек с 80 пушками. Шведская – в составе 38 000 и 30 пушек. Первые столкновения и развертывание армии шведов происходили в невыгодных для нее условиях и привели ее части к расстройству. Сделав поворот под перекрестным огнем русских частей, шведская армия оказалась перед фронтом главных сил русской армии, вышедшей из ретрашементов. Началось сражение главных сил. С обеих сторон проявлялось высшее мужество, примером служили оба монарха. Шведского короля, из-за серьезной раны в ногу, носили на носилках, причем, желая быть в самых «горячих» точках, он все время находился под ядрами и близким разрывом одного из них был даже выброшен из носилок. Петр тоже был все время под картечным огнем шведов, его шляпа, седло и грудной знак носили следы ударов шрапнели. Под Меншиковым были ранены три лошади. На Шереметьеве прострелена была рубашка. Бой продолжался, однако недолго. Шведы не в состоянии были выдержать огонь русских, пришли в расстройство и начали отступать. Русские перешли к преследованию. На месте боя шведской армией было оставлено 9234 человека убитыми. Были взяты в плен фельдмаршал Рейншильд, принц Вюртембергский, генералы Штакельберг, Гамильтон, много полковников, офицеров и несколько тысяч солдат. Части, посланные для преследования отступающей шведской армии, настигли их у Переволочны и принудили Левенгаупта к капитуляции. Было взято 24 000 пленных и весь обоз с запасами. Взяты были министр и члены его кабинета и несколько миллионов крон. Король Карл, в сопровождении незначительного конвоя и Мазепы с небольшой группой казаков, бежал в Турцию.
Донские казаки в полтавском сражении принимали участие под начальством атамана Максима Фролова.
Разгром шведской армии под Полтавой открывал перед Россией границы Европы. Победа над Карлом XII рушила его завоевания и политическое господство в Польше и Средней Европе. Поставленный им на польский престол Лещинский должен был отречься, а свергнутый Карлом Август II издал манифест к народу, в котором предъявлял свои права на престол, силой отнятый у него Карлом, и заявлял, что возвращения на престол требует его союзник, российский монарх. От политических групп Польши были посланы царю поздравления с победой над шведами и благодарность за освобождение Польши от зависимости шведского короля. Прусский и датский короли тоже прислали поздравления и предлагали союз с Москвой. Турция стала тревожно смотреть в сторону Москвы, прекрасно понимая, что после победы над армией такой сильной державы политика Польши может быть устроена по желанию царя, после чего он перенесет войну против Турции.
Карл с остатками разбитой армии скрылся в пределах Турции. Петр немедленно через своего представителя потребовал его ареста и наблюдения за ним, чтобы он не бежал в другие места. Турки находили, что короля выдать нельзя, но были уверены и в том, что Петр не оставит его в покое и будет добиваться его выдачи. В предвидении конфликта с Москвой турки стали готовиться к войне. Карл, со своей стороны, принимал все меры, чтобы вызвать войну Турции с Москвой. Он написал меморандум турецкому султану, в котором доказывал надвигающуюся угрозу для Турции со стороны Москвы. «Постройка крепостей в устьях Дона, Азовском море, флот, строящийся в верховьях Дона, показывают ясно на враждебные замыслы против Вашей империи», – считал Карл и предлагал союз Швеции с Турцией против общего врага – России. Он писал, что «в сопровождении Вашей прекрасной конницы я возвращусь в Польшу, подкреплю оставшиеся там войска и снова вступлю с оружием в сердце Московии, чтобы положить предел честолюбию царя». Султан был поставлен в затруднительное положение. В Турции начиналась сложная борьба русской политики и польских представителей, присланных еще при ставленнике Карла, короле Лещинском.
