Петр направил свои войска к Финскому заливу и осадил шведскую крепость Нарву. Но в это время обнаружилось, что юный и легкомысленный король Карл XII обладает огромной энергией и военным талантом. Как только союзники начали против него войну, он собрал свои наличные войска, бросился на Копенгаген и принудил датчан к миру. Затем он направился на русских к Нарве и напал на них так же быстро и неожиданно, как на датчан. У Петра под Нарвою было все его регулярное войско (до 40 тыс. человек). Оно стояло укрепленным лагерем на левом берегу р. Наровы. Карл ворвался с запада в этот лагерь, смял и погнал русских к реке (19 ноября 1700 г.). Имея всего один мост на Нарове, русские спасались вплавь и гибли. Только «потешные» полки Петра (Преображенский и Семеновский) отстоялись у моста и с честью перешли реку после того, как остальная армия бежала. Карлу досталась вся артиллерия и весь лагерь московского войска. Довольный легкою победою, Карл счел силы Петра уничтоженными, не преследовал русских и не вторгся в московские пределы. Он пошел на своего третьего врага Августа и этим сделал крупную ошибку: Петр быстро оправился и восстановил свою армию; сам же Карл, по выражению Петра, надолго «увяз в Польше», куда от него укрылся Август.
Петр, до битвы сам находился под Нарвою и видел все неустройство своего войска. Оно было мало обучено, плохо одето и накормлено; оно не любило тех наемных «немецких» генералов, которым было подчинено (герцог фон Круи и др.); для осады было мало пороху и снарядов; пушки были плохи. При приближении Карла Петр уехал в Новгород в уверенности, что шведы вторгнутся в Россию и что надо готовить русские крепости к обороне. Поражение армии под Нарвою не привело Петра в отчаяние. Напротив, так же, как после первой азовской неудачи, он проявил громадную энергию и в течение зимы 1700–1701 гг. успел собрать новое войско и отлить до 300 новых пушек, для которых, за недостатком в государстве меди, брали даже церковные колокола. Увидевшись со своим союзником королем Августом (в м. Биржах), Петр заключил с ним новый договор о том, как им держаться вместе против Карла.
Согласно с этим договором, все последующие годы Петр вел войну в двух разных областях. Во-первых, он помогал Августу в Речи Посполитой деньгами, хлебом и войском. Русская армия не раз ходила в Польшу и Литву, причем дело обходилось там без поражений, но, правда, и без больших успехов. Важно было то, что удавалось задерживать Карла XII в Польше и не допускать его до окончательного торжества над Августом. На этом театре войны особенно отличался любимец Петра из его «потешных» Александр Данилович Меншиков, которому Петр вверил здесь все свои войска. Во-вторых, Петр, отдельно от своего союзника, предпринял завоевание Финского побережья и вообще старых ливонских земель (Эстляндии и Лифляндии), пользуясь тем, что главные силы Карла были отвлечены в Польшу. В 1701 и следующих годах русская конница под начальством «фельдмаршала» Бориса Петр. Шереметева «погостила» в этих областях: Шереметев разорил страну, разбил два раза шведский корпус генерала Шлиппенбаха (при Эрестфере и Гуммельсгофе) и взял старые русские города Ям и Копорье. Сам Петр осенью 1702 г. явился при истоках р. Невы и взял шведскую крепость Нотебург, стоявшую на месте старого новгородского Орешка. Возобновив укрепления этой крепости, Петр назвал ее Шлиссельбургом, то есть «ключом-городом» к морю. На весну 1703 г. русские спустились к невским устьям и взяли, при впадении р. Охты в Неву, шведское укрепление Ниеншанц. Пониже этого укрепления на Неве, в мае 1703 г., Петр заложил Петропавловскую крепость и под ее стенами основал город, получивший имя «Питербурха», или Санктпетербурга. Это был для Петра укрепленный выход в море, которым он тотчас же воспользовался. На Ладожском озере (точнее, на р. Свири) строились наспех морские суда и в том же 1703 г. были уже спущены на воду. Осенью этого года Петр уже начал работы на Котлине-острове для постройки морской крепости Кроншлота (предшественник нынешнего Кронштадта). Эта крепость и стала гаванью для нового Балтийского флота. Наконец, в 1704 г. были взяты сильные шведские крепости Дерпт (Юрьев) и Нарва. Таким образом, Петр не только приобрел для себя выход на море в своем «парадизе» Петербурге, но и защитил этот выход рядом твердынь с моря (Кроншлот) и с суши (Нарва, Ям, Копорье, Дерпт). Допустив Петра до такого успеха, Карл сделал непоправимую ошибку, которую он задумал загладить тогда лишь, когда справился с другим своим неприятелем, Августом.
К началу 1707 г. Августу пришлось прекратить свою борьбу с Карлом XII. Несмотря на русскую помощь, Карл изгнал, наконец, Августа из Речи Посполитой, настоял там на избрании нового короля и великого князя (Станислава Лещинского) и затем вторгся в саксонские владения Августа, где и вынудил у него мир. Отдохнув в Саксонии, шведы в конце 1707 г. начали свой поход в Московское государство.
