Петр не верил многочисленным доносам на Мазепу, а сам Мазепа умел убедительно оправдываться от обвинений. Когда Карл в 1707 г. решил идти на Россию, то Мазепа был убежден, что Петру не справиться с врагом, и рассчитывал, что если Малороссия останется верной побежденной Москве, то победители Карл и Станислав Лещинский не пощадят ни Мазепу, ни Малороссию. Если же Малороссия перейдет ранее на ту сторону, чья победа вероятнее, то такой переход обеспечит в будущем и самостоятельность внутренней жизни Малороссии, и высокое положение гетмана. По этим соображениям, как объясняют наши историки, Мазепа решил отложиться от Московского государства и стал союзником Карла. При таком шаге он надеялся на сочувствие всех тех, кто был недоволен режимом Москвы. Гетман думал, что за ним пойдет вся Малороссия.
Долго вел он тайные переговоры об отпадении с польским двором и Карлом. Хотя в Москву и шли доносы об измене гетмана, но Петр им не верил, потому что верил Мазепе. Известный донос Кочубея (генерального судьи) и Искры (полтавского полковника) кончился пыткой и казнью их обоих в 1708 г. Но осенью того же 1708 года, когда Карл с войсками пошел в Малороссию, Мазепа принужден был открыть свою игру и прямо примкнуть к одному из противников. Боясь неудачи задуманного шага, Мазепа долго колебался и сказывался больным, когда получал приказания от Петра действовать против шведов. Наконец, когда притворяться было уже нельзя, он уехал из своей столицы Батурина и с отрядом казаков пристал к шведскому войску.
Его измена для Петра была неожиданна, и не только для Петра, но и для массы малороссиян. Никто не мог сказать, пойдет ли Малороссия за гетманом или останется верной Руси. В таких обстоятельствах русский главнокомандующий Меншиков проявил замечательную ловкость: 29 октября 1708 г. Мазепа соединился с Карлом, а уже 31-го преданный Мазепе Батурин был взят русскими штурмом и сожжен.
Центр предполагаемого восстания был уничтожен, вся Малороссия почувствовала энергию и силу русских. Через неделю в Глухове казаки избрали нового гетмана (Ивана Скоропадского); Мазепа, как изменник, был предан анафеме духовенством.
Малороссия фактически оказалась в руках Петра, а малороссийские крестьяне начали народную войну против наступавших шведов. Так неудачно окончился для Карла 1708 год.
Но шведы сохраняли престиж непобедимости и казались грозным врагом. Петр боялся, что турки воспользуются пребыванием этого грозного врага на юге Руси и начнут войну со своей стороны; на это твердо надеялся и Карл. Поэтому Петр зимой 1708/09 г. принял все меры обороны от турок, лично побывал в Воронеже и Азове, а к лету 1709 г. прибыл к армии Меншикова. Хотя в действиях против шведов Петр держался крайне осторожно, не рискуя вступать в открытые столкновения с Карлом, однако он решился открытым боем выручить осажденный шведами город Полтаву; 27 июня 1709 г. произошло знаменитое сражение при Полтаве. Эта генеральная битва кончилась полным бегством шведов на юг, к Днепру. Сам Карл успел переправиться через Днепр и уйти в Бендеры, в турецкие владения, но вся его армия у Днепра (у Переволочны) положила оружие и была взята в плен.
Полтавская победа совершенно сломила могущество Швеции: у нее не осталось армии, у Карла не стало прежнего обаяния; раньше торжествовавший над всеми врагами, а теперь разбитый Петром, он сразу передал Петру и Московскому государству то политическое значение, которым до тех пор пользовалась Швеция. И Петр сумел воспользоваться плодами победы. Естественным образом, он перенес военные операции к Балтийскому морю и в 1710 г. взял Выборг, Ригу и Ревель. Русские стали твердой ногой на Балтийском побережье, существование Петербурга обеспечивалось. В то же время вместе с военными успехами Петр сделал и большие политические успехи. Поражение Карла подняло против Швеции всех ее врагов: Дания и Саксония снова объявили Швеции открытую войну; северогерманские владетели тоже стали принимать живое дипломатическое участие в великой Северной войне, не вступая пока открыто в борьбу со Швецией. Среди всех союзников первое место теперь стало принадлежать России и Петру. Петр сделался гегемоном Северной Европы и сам чувствовал, что он сильнейший и влиятельнейший монарх Севера. Ниже мы увидим, что тревожный для союзников Петра вопрос о его неожиданной гегемонии повел к охлаждению между Петром и остальными членами коалиции. Но политическое преобладание России оставалось неизменным с 1709 г., несмотря даже на неудачи Петра в Прутском походе.
Прутский поход 1711 г. получил свое название оттого, что развязка русско-турецкой войны 1710-1711 гг. произошла на берегах реки Прут. Эта русско-турецкая война была результатом дипломатической деятельности Карла XII и дружественного ему французского двора. Карл жил в Турции после полтавского поражения, и ему не раз грозила выдача в руки Петра. Россия требовала выдачи Карла, а он доказывал туркам своевременность и необходимость для турок воевать с Петром. Результатом его настояний был дипломатический разрыв Турции с Россией.