Не достигнув прямой своей цели, русское посольство 1697–1698 годов сыграло все же большую роль. Оно отвело внимание Петра от турок совершенно в иную сторону. Петр увидел, что в ряде прибалтийских стран Европы (Бранденбург – Пруссия, Польша, Дания) назревает мысль о борьбе со Швецией (которая владела тогда почти полным кругом земель по Балтийскому побережью). Петр решил воспользоваться обстоятельствами и принять участие в предстоящей борьбе. Таким образом, Петр поехал в Европу с мыслью о борьбе против турок, а вернулся с мыслью о борьбе против шведов. Вернувшись в Москву (в августе 1698 года), Петр прежде всего занялся розыском по стрелецкому бунту (который был подавлен еще до возвращения Петра). Вслед за тем Петр начал готовиться к войне со Швецией. Он заключил в то же время формальный союз с польским королем Августом II и датским королем Христианом. Однако Петр не соглашался начать новую войну раньше, чем будет закончена прежняя – с турками. Летом 1700 года русский уполномоченный Е. И. Украинцев заключил в Константинополе мирный договор с Турцией (Азов остался за Россией). Тотчас по получении известия о мире с Турцией Петр двинул войско к шведскому городу Нарве на Финском заливе (следуя привычному московскому плану войны со шведами). Война со Швецией, как известно, началась крайне неудачно для Петра и его союзников. Русское войско было разбито под Нарвой. Считая, что Нарвская победа покончила с русскими военными силами, шведский король Карл XII устремился против Августа и на некоторое время, по выражению Петра, «увяз в Польше». Это обстоятельство спасло Петра. Нарвская неудача не сломила воинской энергии Петра, а, наоборот, дала ей мощный толчок. Началась лихорадочная работа Петра по переустройству русской армии на новых началах. В ближайшие годы, отправив русские вспомогательные отряды на помощь Августу в Польшу и Литву, Петр основное свое внимание обратил на Балтийское побережье. В течение 1701–1704 годов Петр прочно овладел Ижорской землей (Ингрией), основав (в мае 1703) новый город – Санкт-Петербург.
Вслед за тем начались новые затруднения, внутренние и внешние. В 1705 году вспыхнул бунт в Астрахани (против «бояр и немцев»), тогда же начался башкирский бунт (подавленный лишь в 1709 году), а в 1707 году восстание донского казачества, вызванное тем, что Петр послал на Дон войско возвращать беглых «воров». «Голытьба» под предводительством Кондрата Булавина одолела «домовитых казаков»; восстание приняло грозные размеры. Петру пришлось отправить большие воинские силы на Дон. Осажденный в Черкасске и не видя спасения, Булавин застрелился (1708), его сообщники бежали на Кубань. Все эти восстания были подавлены с величайшим трудом. Одно время казалось, что восстанет весь юго-восток России. Положение спасли калмыки (астраханские); калмыцкий хан (тайша) Аюка прислал почти все свои воинские силы (свыше 20 тысяч человек) для восстановления порядка.
Одновременно надвигалась и внешняя опасность. Карл выгнал Августа из Польши, погнался за ним в пределы Саксонии и принудил заключить сепаратный мир (1707); в Польше под давлением Карла избран был новый король (по Литве – великий князь) Станислав Лещинский, естественно, начавший поддерживать уже Карла. В конце 1707 года шведы двинулись на Русскую землю. В самом начале 1708 года Карл взял город Гродно, причем русское войско едва успело уйти от разгрома. Из Гродно Карл пошел на Могилев. Петр ожидал дальнейшего движения шведов на Смоленск и Москву; Москву спешно начали укреплять. Но Карл неожиданно повернул на юг, в Малороссию, не дождавшись прибытия из Лифляндии вспомогательного корпуса генерала Левенгаупта, который вез большие вспомогательные запасы и продовольствие. Карл пошел в Малороссию, надеясь на измену гетмана Мазепы. Мазепа действительно уже с 1707 года начал вести переговоры с новым польским королем Станиславом Лещинским об отпадении от Москвы. Однако Карл переоценил силы Мазепы. Мазепа перешел к Карлу лишь с незначительным отрядом казаков. Не дождавшись в Могилеве Левенгаупта, Карл совершил крупную ошибку. В сентябре 1708 года Петр разгромил корпус Левенгаупта при деревне Лесной (на реке Соже), причем захватил весь его громадный обоз. Развязка пришла в следующем (1709) году. Петр считал нужным во что бы то ни стало спасти Полтаву от Карла и Мазепы (Полтава являлась ключом к дороге на Белгород и Воронеж – а в последнем городе была главная база азовско-донского флота Петра и большие запасы хлеба). Исход «генеральной баталии» под Полтавой решен был главным образом превосходством артиллерии Петра. Шведская армия была совершенно разбита; через несколько дней оставшаяся часть ее сдалась Меншикову, который настиг шведов при переправе через Днепр. Только сами Карл и Мазепа успели перебраться через Днепр с небольшим числом свиты и укрылись в Турции (первоначально в городе Бендеры на Днестре). «Преславная виктория» под Полтавой имела громадное значение. Станислав Лещинский должен был уехать из Польши (Август снова объявил войну Швеции).