Quốc vương Karl XII qua nét vẽ của Michael Dahl (1659 - 1743).

Vào ngày 27 tháng 8 năm 1707, vua Karl XII rời khỏi xứ Sachsen[40] mà kéo hàng ngàn quân sĩ tinh nhuệ và có kỷ luật tốt xâm nhập đất Nga Sa hoàng để bắt đầu một cuộc chinh phạt lớn lao nhất trong suốt cuộc đời ông. Đầu năm 1708, Quân đội Thụy Điển đặt chân lên bờ đông của sông Vistula. Trước khi rời khỏi Đế quốc La Mã Thần thánh, nhà vua cũng đề nghị Hoàng đế Joseph I phải để cho các giáo dân Luther tại tỉnh Silesia được ấm no hạnh phúc, và dĩ nhiên là Hoàng đế không dám làm trái lời dặn.[45]

Nga hoàng Pyotr I ra lệnh tàn phá một vùng rộng lớn để Quân đội Thụy Điển không thể thu hoạch được gì bất kể họ tiến quân theo hướng nào. Dọc mọi con đường dẫn từ doanh trại Thụy Điển hướng về bắc, đông hoặc tây, quân Nga tạo một vòng đai vườn không nhà trống dài gần 200 kílômét từ Pskov cho đến Smolensk. Trong vành đai này, mọi nhà cửa, mọi mẩu thức ăn cho người hoặc ngựa phải bị đốt trụi ngay khi vua Karl XII tiến quân.

Đại quân Thụy Điển với vua Karl XII trú đông giữa vùng tam giác Grodno-Vilna - Minsk. Ở đây, ông có 35.000 quân. Cánh quân gồm 12.000 binh sĩ của tướng Adam Ludwig Lewenhaupt đã được lệnh đến điểm hẹn với đại quân, còn cánh quân 14.000 người của Lybecker từ Phần Lan đã nhận lệnh di chuyển xuống Sankt-Peterburg. Nếu thành công, lực lượng này có thể chiếm kinh thành Sankt-Peterburg, nếu không cũng có thể làm nghi binh để cầm chân một số quân của Nga hoàng Pyotr I.

Lực lượng của Nga hoàng Pyotr I đông hơn nhiều. Tổng cộng trên đường vòng cung chặn hướng tiến của Thụy Điển, Nga hoàng có khoảng 57.500 quân. Ngoài ra, Apraxin chỉ huy 24.500 quân trấn giữ kinh đô Sankt-Peterburg, và tướng Bauer nắm 16.000 quân đóng ở Dorpat để ngăn chặn Lewenhaupt ở Riga. Các lực lượng này sẵn sàng đối phó với những động thái khác nhau của Quân đội Thụy Điển. Một lực lượng khác gồm 12.000 quân dưới quyền Vương công Michael Golitsyn trấn đóng gần Kiev để đón đầu địch quân tiến về Ukraina.

Nga có tổng cộng 110.000 quân so với 62.000 quân của Thụy Điển. Sự khác biệt này không có ý nghĩa nhiều ngoại trừ yếu tố là trong cuộc chiến dằng dai, bên Nga có thể thay thế dễ dàng số thương vong.

Trận Golovchin

Vào ngày 3 tháng 7 năm 1708, vua Karl XII tụ họp được 20.000 quân, hơn phân nửa tổng số quân viễn chinh, để tấn công vị trí quân Nga ở Golovchin. Trận Golovchin là cuộc giao tranh thật sự đầu tiên giữa quân Nga và Quân đội Thụy Điển kể từ khi ông bắt đầu bước viễn chinh vào Nga. Trận chiến này được ghi nhận là một chiến thắng đã mang lợi thế cho vua Karl XII.[57][58] Một lần nữa, quân Nga lại rút lui. Với chiến thắng đầu tiên tại Golovchin, con đường dẫn nhà vua đến sông Dnepr rộng mở.[59]

Quốc vương Thụy Điển chiến thắng tại Golovchin (1708).

Tuy thế, có những yếu tố khiến cho vua Pyotr I được vui. Nga hoàng cảm thấy an ủi là chỉ có một phần ba quân số của Nga là thực sự giao chiến, và họ đã hứng chịu mũi tiến công của toàn lực lượng Thụy Điển nổi tiếng do chính nhà vua cầm đầu. Đội quân này không hề sụp đổ, nhưng đã rút lui có trật tự, tiếp tục chiến đấu theo mỗi bước đi, và khi cuối cùng rời khỏi trận chiến, họ tập hợp lại rồi chiến đấu tiếp sau này. Chiến thắng tại Golovchin là một trong những chiến thắng cuối cùng trong suốt cuộc đời vua Karl XII.[59]

Phía Nga bị mất 997 người và 675 người bị thương, phía Thụy Điển có 267 tử trận và trên 1.000 người bị thương. Nhưng có một sự khác biệt quan trọng: Nga hoàng Pyotr I có thể thay thế số quân tổn thất, trong khi một người lính của Quốc vương Karl XII ngã xuống, đoàn quân của nhà vua vĩnh viễn giảm đi một người. Dù cho vua Karl XII được vui với thêm một chiến thắng, ông nhận ra có sự thay đổi về phía quân Nga: không còn giống như đám người ô hợp đã tháo chạy ở Narva trước đó. Tại chiến trường Golovchin, với quân số đông hơn Quân đội Thụy Điển một chút, quân Nga đã chiến đấu anh dũng.[60][61]

Trận Molyatychy

Vào ngày 9 tháng 7 năm 1708, Quân đội Thụy Điển đến thị trấn Mogilev bên bờ sông Dnepr, lúc này là biên giới của nước Nga và rồi không chịu đi qua sông. Trong suốt một tháng – từ 9 tháng 7 đến 5 tháng 8 – 35.000 quân Thụy Điển dừng lại bên bờ tây của sông Dnepr để chờ lực lượng của tướng Lewenhaupt từ Riga xuống hợp lực. Không phải là quân ông khẩn thiết cần đến hàng hậu cần ngay, nhưng chỉ vì vua Karl XII thấy ông không nên bỏ tướng Lewenhaupt ở lại phía sau quá xa kẻo quân Nga chen vào khoảng trống giữa hai đoàn quân mà chặn đánh đoàn quân nhỏ hơn. Cuối cùng, ông quyết định phải nối tiếp cuộc tiến công: không phải là mũi dùi táo bạo chọc thẳng đến kinh đô Moskva, nhưng làm cái gì đó gần sông Dnepr để có thể khiêu khích quân Nga tham chiến nhưng vẫn có thể bảo vệ được Lewenhaupt.

Trong các ngày 5 - 9 tháng 8 năm 1708, cuối cùng thì Quân đội Thụy Điển cũng vượt qua sông Dnepr. Bình minh ngày 30 tháng 8 năm ấy, Vương công Mikhail Mikhailovich Golitsyn dẫn 9.000 bộ binh và 4.000 kỵ binh đi xuyên qua đầm lầy giữa làn sương mù dày đặc mà tấn công doanh trại của Roos. Quân đội Thụy Điển hoàn toàn bị bất ngờ, vì họ chưa bao giờ bị bộ binh Nga tấn công. Mặc dù trận đánh này chỉ là cuộc chạm trán nhỏ và thương vong bên Nga cao trên gấp đôi (700 tử trận và 2.000 bị thương so với bên Thụy Điển có 300 người chết và 500 bị thương), vua Pyotr I cảm thấy hài lòng. Đây là lần đầu tiên bộ binh Nga đã nắm quyền chủ động, một sư đoàn Thụy Điển bị cô lập và bị tấn công. Quân Nga đã chiến đấu dũng cảm, rồi dứt ra khỏi trận đánh theo ý muốn và rút lui có trật tự.

Với mỗi ngày trôi qua, nhà vua Thụy Điển càng trở nên bức xúc hơn. Đoàn quân đã sẵn sàng để đánh xuyên qua Nga hầu chấm dứt cuộc chiến, nhưng không thể tiến bước mà không có Lewenhaupt vì Sa hoàng đã thiêu rụi tất cả phía trước. Và vì không có đủ thực phẩm, đoàn quân cũng không thể dừng chân. Ông quyết định di chuyển về phía nam, rời xa khỏi Smolensk và Moskva, nhưng đi vào tỉnh Severia của Nga. Việc này vẫn duy trì thế tiến công của Quân đội Thụy Điển và đồng thời giúp đoàn quân tìm được thực phẩm từ vụ mùa mới không bị quân Nga đốt phá.

Sáng ngày 15 tháng 9 năm 1708, đoàn quân đi về nam trong cuộc tiến quân định mệnh đối với cuộc đời của nhà vua Thụy Điển và của Pyotr Đại đế cũng như đối với lịch sử của nước Nga. Việc tiến quân vào Moskva phải hoãn lại – cuối cùng hóa ra là hoãn vĩnh viễn. Quyết định của vua Karl XII cũng là bước ngoặt trong việc vận hành chiến tranh của Quân đội Thụy Điển.

Trận Lesnaya

Nhà vua và Quân đội Thụy Điển.

Quyết định của ông đã gây ra hậu quả đầu tiên đối với tướng Adam Ludwig Lewenhaupt. Lúc nhà vua và quân sĩ nhổ trại đi về nam, Lewenhaupt vẫn còn cách sông Dnepr gần 50 kílômét về hướng tây. Vị trí của vua Karl XII lúc ấy là cách sông này gần 100 kílômét về hướng đông. Vua Nga lập tức nhận ra cơ hội: khoảng cách gần 150 kílômét khiến cho đoàn xe goòng ở vào vị trí không được bảo vệ. Nga hoàng chọn 10 tiểu đoàn bộ binh thiện chiến nhất, kể cả hai Lữ đoàn Cảnh vệ Preobrazhenskoe và Semyonovsky. Cung cấp ngựa cho các bộ binh này và có thêm 10 trung đoàn kỵ binh Pyotr Đại Đế thành lập một "chiến đoàn không kỵ" do vua Nga đích thân chỉ huy. Với Aleksandr Danilovich Menshikov đi theo bên cạnh, vua Nga phi thẳng về hướng tây để chận đánh Lewenhaupt. Thế là, 14.625 quân Nga chận đánh 12.500 quân Thụy Điển gần ngôi làng Lesnaya (hiện nay là Thành phố Lisna của nước Belarus).[62]

Lúc 1 giờ chiều ngày 28 tháng 9 năm 1708, trận chiến bắt đầu rồi kéo dài cho đến khi trời tối, rồi một trận bão tuyết thổi đến – khá bất thường vào đầu thu – khiến đôi bên không còn nhìn thấy nhau, và ngưng chiến. Phe Thụy Điển bại trận[40] bị mất 6.307 quân, trong số đó có trên 3.000 bị bắt làm tù binh. Tất cả quân nhu, thực phẩm, thuốc men, đạn dược mà vua Karl XII đang bị thiếu thốn đều bị mất. Phía Nga có 1.111 tử trận và 2.856 bị thương.[62] Mỗi bên có khoảng 12.000 quân giao chiến; Nga bị tổn thất khoảng một phần ba, nhưng Thụy Điển mất phân nửa.

Tướng A. L. Lewenhaupt dẫn tàn quân đến hội kiến Quốc vương Karl XII. Nhưng có cả một sự khác biệt giữa những gì đang được chờ đợi và những gì thật sự đi đến. Thay vì một đoàn xe goòng khổng lồ chở hàng hậu cần để nuôi sống cả đoàn quân và 12.500 binh sĩ tăng viện, Lewenhaupt mang đến 6.000 người đã kiệt sức, không có đại pháo và hàng hậu cần.

Về phía Nga là nỗi sướng thỏa. Trận Lesnaya đã cho thấy thêm bằng chứng về kỹ thuật tác chiến của Quân đội Nga. Sau này, vua Pyotr I gọi trận này là "Bà Mẹ của Trận Poltava." [63]

Vào ngày 27 tháng 10 năm 1708, với nhà vua và Quân đội Thụy Điển còn đóng sâu trong tỉnh Sevenia và đang tiến nhanh về hướng Ukraina, Nga hoàng Pyotr I nhận được tin khẩn: Ivan Stepanovych Mazepa, thủ lĩnh của bộ tộc Cossack ở Ukraina, người đã trung thành với triều đình Moskva trong 21 năm, đã phản bội Nga hoàng mà thiết lập liên minh với nhà vua Thụy Điển.[64][65] Khi vua Pyotr I nghe tin, Nga hoàng sững sờ, nhưng không mất tinh thần. Nga hoàng quyết định phái Menshikov dẫn một lực lượng mạnh, kể cả đại pháo, trở lại chiếm lấy Baturin trước khi Quân đội Thụy Điển và quân Mazepa tiến đến.[cần dẫn nguồn]

Menshikov đi đến Baturin ngày 2 tháng 11 năm 1708, mở cuộc tấn công, và sau hai giờ pháo đài đầu hàng. Sa hoàng đã cho phép Menshikov được tự quyền quyết định phải làm gì đối với thị trấn. Menshikov không có chọn lựa nào khác. Đại quân Thụy Điển và Mazeppa đang tiến đến; tướng Nga không có thời giờ và có quá ít quân nên không thể tổ chức phòng ngự thị trấn; Menshikov cũng không thể để cho Baturin cùng kho thực phẩm và vũ khí lọt vào tay vua Karl XII. Vì thế, Menshikov ra lệnh san bằng thị trấn. Quân Nga tàn sát tất cả 7.000 người kể cả binh sĩ và thường dân, trừ 1.000 người cố mở đường máu để thoát ra. Mọi thứ có thể mang theo được phân chia cho quân sĩ, tất cả hàng hóa mà Quân đội Thụy Điển cần đến đều bị phá hủy, và cả thị trấn bị đốt trụi. Baturin, thành trì lâu đời của dân Cossack, biến mất.

Nga hoàng Pyotr I tin rằng số phận của Baturin là bài học cho những ai mưu đồ phản quốc. Theo quan điểm của vua Nga, sự phá hủy thị trấn một cách tàn độc đạt hiệu quả. Đấy là một cách trừng phạt ác liệt mà dân Cossack thấu hiểu, cho họ thấy uy quyền trừng trị lớn nhất nằm ở đâu. [cần dẫn nguồn]

Trận Poltava

Quân đội Thụy Điển di chuyển về hướng nam đến một huyện nằm giữa Kiev và Kharkiv có nhiều đồng cỏ phì nhiêu và cánh đồng ngũ cốc cùng nhiều đàn gia súc.

Vua Karl XII qua nét vẽ của Axel Sparre (tranh sơn dầu trên vải bạt, 1715).

Trong lúc đó, song song với Quân đội Thụy Điển nhưng cách xa vài kílômét, vua Pyotr I thân chinh và Boris Petrovich Sheremetyev cùng với đại quân cũng tiến về nam, luôn luôn chặn đường họ đến Moskva, giờ đã cách xa hơn 640 kílômét. Nga hoàng tiến hành phân tán lực lượng Nga thành một đường vòng cung tây-bắc đến đông-nam, án ngữ con đường Kursk-Orel dẫn đến Moskva. Để ngăn chặn Thụy Điển đánh về đông đến Kharkiv hoặc về tây đến Kiev, Pyotr đặt quân bố phòng trong các thị trấn và làng mạc về phía đông, nam và tây của các doanh trại Thụy Điển. Một trong những thị trấn này có tên là Poltava.

Sau mùa đông, vua Karl XII chuyển quân xuống hướng nam, rồi tổ chức vây hãm Poltava. Ngày 1 tháng 5 năm 1709, việc pháo kích bắt đầu. Việc công hãm kéo dài 6 tuần cho đến cái nóng của mùa hè ở Ukraina.

Ngày 4 tháng 6 năm 1709, Nga hoàng Pyotr I đến. Thói quen của Nga hoàng là bổ nhiệm một trong những tướng lĩnh làm Tư lệnh chiến trường và chỉ nhận nhiệm vụ phó tướng, nhưng lần này Nga hoàng đảm nhiệm luôn chức vụ Tư lệnh Tối cao. Việc Poltava thất thủ chỉ còn là vấn đề thời gian. Nếu rơi vào tay Thụy Điển, thị trấn này có thể là trung tâm điểm thu hút các lực lượng mà vua Karl XII mong đợi – và vua Pyotr kiêng dè – để tiếp tay cho vua Thụy Điển và có thể mở đường cho ông dẫn quân tiến đến Moskva. Tầm quan trọng cao đến nỗi Nga hoàng và các tướng lĩnh đi đến quyết định lịch sử: đại quân Nga sẽ được tung vào. Nhưng họ phải vượt qua sông Petrivka.

Bên Thụy Điển biết rõ về việc vượt sông ở Petrivka. Trong các đêm 15-16 tháng 6, Quân đội Thụy Điển được lệnh túc trực ứng chiến. Nhưng trước khi kế hoạch tác chiến của Thụy Điển được triển khai, tai họa giáng xuống. Bình minh sáng 17 tháng 6 năm 1709, sinh nhật thứ 27 của Quốc vương Karl XII, ông cưỡi ngựa đi thị sát chiến trường và bị bắn trọng thương. Trong các ngày 19 - 21 tháng 6, nhà vua ở trong tình trạng mong manh giữa sự sống và cái chết.

Vào buổi chiều 17, Nga hoàng Pyotr I được tin vua Karl XII bị thương. Nga hoàng lập tức truyền lệnh cho cả đại quân vượt sông. Vào ngày 19 tháng 6, kỵ binh vượt qua sông Vorskla mà không bị quấy nhiễu, và nhanh chóng lập phòng tuyến ở Semenovka. Trong các ngày 19-21 – trong khi nhà vua Thụy Điển đang nằm như chết – con sông ngập đầy người và ngựa, đại pháo và xe goòng, khi quân Nga di chuyển từ bờ đông sang bờ tây.

Ngày 22 tháng 6, Quân đội Thụy Điển chỉnh đốn lại tinh thần. Vua Karl XII vẫn còn bị bệnh nặng, nhưng đã bớt sốt và tính mạng không còn bị đe dọa.

Đêm 26 tháng 6 năm 1709, quân Nga từ trại Semenovka di chuyển về hướng nam và lập một doanh trại mới chỉ cách thành Poltava 6 kílômét về phía bắc. Ở đây, binh sĩ Nga làm việc cật lực ngày đêm, lập nên một tường thành bằng đất nện hình vuông.

Chiều ngày Chủ nhật 27 tháng 6 năm 1709, vua Karl XII triệu các tướng lĩnh và đại tá đến bên giường bệnh của ông để truyền lệnh về kế hoạch cho trận đánh ngày hôm sau. Ông tuyên bố rằng Nga hoàng có quân số đông hơn, nhưng có thể khắc phục điểm này nếu áp dụng chiến thuật táo bạo. Quân đội Nga đã co cụm trong một vị trí với con sông và bờ dốc phía sau lưng và chỉ có con đường rút lui là điểm nước cạn ở Petrovka. Nếu Quân đội Thụy Điển có thể kiểm soát điểm này, xem như quân Nga bị vào rọ. Cuối cùng, có khả năng đánh bại quân Nga và bắt được một tù binh quý giá: Pyotr Đại đế.

Một phần Đài kỷ niệm vua Karl XII ở thủ đô Stockholm, ông chỉ tay về phía nước Nga.

Đế quốc Thụy Điển bây giờ chỉ còn hơn phân nửa quân số so với lúc tiến vào đất Nga hai năm về trước: tổng cộng 25.000 người, nhưng nhiều người đã giảm sức chiến đấu do chiến thương và hoại tử mùa đông vừa qua. Lewenhaupt, người chỉ huy bộ binh, muốn tung toàn bộ lực lượng vào trận chiến, nhưng Karl bác bỏ. Cần phải duy trì 2.000 quân công hãm Poltava để ngăn chặn quân phòng ngự xông ra trợ chiến bên Nga, và cắt cử 2.500 kỵ binh để bảo vệ hàng hậu cần. Thêm một lực lượng gồm 1.500 bộ binh lẫn kỵ binh được phân tán rải rác dọc theo sông Vorskla phía dưới thị trấn để hỗ trợ quân Cossack đi tuần tiễu đề phòng quân Nga vượt sông ở vùng này. Đội quân Cossack gồm 6.000 người không được sử dụng để chiến đấu, vì Karl thấy rằng tính vô kỷ luật của họ sẽ chỉ làm rối loạn hàng ngũ của binh sĩ Thụy Điển đã được huấn luyện thành thục. Tổng cộng, lực lượng Thụy Điển tấn công 42.000 quân Nga chỉ có 19.000 người. Chức vụ tư lệnh cả đoàn quân đương nhiên được giao cho Thống chế Carl Gustav Rehnskiöld - "lão tướng Parmenion" của vua "Alexandros Đại đế của phương Bắc"[66]. Rehnskjold không ưa thích Lewenhaupt, nên quyết định không trao đổi với Lewenhaupt gì cả.

Phương án tác chiến mà vua Karl XII và Thống chế Rehnskjold vạch ra là mở cuộc tấn công thần tốc trước bình minh, khiến cho quân Nga bị bất ngờ, rồi đi nhanh qua các tiền đồn, phó mặc bất kỳ hỏa lực nào của quân phòng ngự. Khi đã qua khỏi các tiền đồn, Quân đội Thụy Điển sẽ rẽ sang trái và tiến đến khu đất bằng phẳng phía trước doanh trại của đại quân Nga. Bộ binh sẽ đi dọc bờ tây của đồng bằng đến vị trí tây bắc của quân Nga, trong khi kỵ binh Thụy Điển sẽ quét sạch kỵ binh của Pyotr. Khi đã đi đến vị trí giữa quân Nga và vùng nước cạn ở Petrovka, cả Quân đội Thụy Điển sẽ di chuyển về bên phải và lập đội hình cho trận đánh lớn. Nếu kế hoạch này thành công, quân Nga sẽ bị ép lưng vào bờ sông dốc đứng và Quân đội Thụy Điển trong tư thế sẵn sàng chiến đấu sẽ chặn đường rút lui ở Petrovka. Nếu quân Nga không muốn giáp chiến, họ cứ việc cố thủ mà chết đói.

Trong số 30 khẩu pháo còn sử dụng được, phần lớn sẽ được để lại. Đây một phần là do quyết định của Carl Gustav Rehnskiöld. Vị Thống chế này có tâm lý thường thấy ở kỵ binh là không thích sử dụng pháo, và tin rằng kéo pháo qua các tiền đồn chỉ làm chậm bước tiến nhanh mà Rehnskiöld đòi hỏi. Hơn nữa, sẽ không có thời giờ để đặt vị trí pháo mà khai hỏa; và cũng vì phần lớn thuốc súng đã bị hư hỏng do thời tiết ẩm ướt trong mùa đông.

Trong đêm này, quân Nga đang cật lực đào đất để xây một dãy bốn tiền đồn mới nằm thẳng góc với 6 tiền đồn trước. Các tiền đồn mới này hướng thẳng theo con đường đi xuống Poltava về phía doanh trại Thụy Điển, và sẽ phân mũi tấn công của Thụy Điển ra làm hai nhánh hai bên dãy tiền đồn, hướng hỏa lực vào bên sườn Quân đội Thụy Điển đi ngang qua họ.

Thống chế Carl Gustav Rehnskiöld ra lệnh tiến quân; đó là ngày lịch sử 28 tháng 6 năm 1709. Trận đánh Poltava bắt đầu. Bộ binh Thụy Điển gồm 7.000[62] người tiến về hướng các tiền đồn của Nga, tràn lên các công sự bằng đất nện chưa hoàn tất, chiếm lấy hai tiền đồn đầu tiên. Chính trong cuộc tấn công tiền đồn thứ ba và thứ tư mà vấn đề nguy hiểm phát sinh. Quân trú phòng tiền đồn thứ ba chống trả một cách kiên cường, đẩy lui đợt tấn công thứ nhất. Vấn đề nằm ở chỗ Rehnskiöld đã giữ kín phương án tác chiến chứ không phổ biến cho người dưới quyền. Roos không hề hiểu rằng mục tiêu chính của mình chỉ là cầm chân hỏa lực của các tiền đồn trong khi các cánh quân khác tìm cách vượt qua. Điều ông đáng lẽ phải làm khi bị đánh bật lại là rút lui rồi di chuyển đến điểm hẹn ở khu đất bằng phẳng phía sau các tiền đồn. Thay vào đó, ông chỉnh đốn hàng ngũ rồi tấn công đợt nữa. Bị đánh bật lần thứ hai, ông kiên quyết điều thêm quân để rồi 6 tiểu đoàn – 2.600 quân – của lực lượng bộ binh quý giá bị vướng vào chướng ngại vật không quan trọng này.

Cùng lúc, việc Thống chế Rehnskiöld không thông báo kế hoạch tác chiến cho sĩ quan dưới quyền tạo nên hoang mang nơi khác. Sáu tiểu đoàn bộ binh bên cánh phải dưới quyền Lewenhaupt hứng chịu hỏa lực súng nòng dài và đại bác từ các tiền đồn. Để bảo toàn lực lượng, tướng Lewenhaupt di chuyển đội hình xa hơn về bên phải. Do việc di chuyển này, Lewenhaupt đã tạo ra một lỗ hổng lớn trong hàng ngũ Thụy Điển. Viên tướng này chuẩn bị cầm đầu 2.400 người đánh vào 30.000 quân Nga. Rehnskjold vội gửi liên lạc viên ra lệnh cho Lewenhaupt lập tức quay về hợp lực với đại quân.

Pyotr Đại đế thấy có một khoảng trống trải dài từ doanh trại của ông đến các tiền đồn đã kháng cự Roos. Lập tức, Nga hoàng truyền lệnh cho Menshikov dẫn 6.000 quân đi lùng và tiêu diệt toán quân của Roos. Bị quân Nga truy kích ráo riết bằng quân số áp đảo, Roos không còn cách nào khác hơn là đầu hàng. Trước khi trận Poltava nổ ra, 6 tiểu đoàn – một phần ba lực lượng bộ binh Thụy Điển – bị tiêu diệt mà không đạt được mục đích gì.

Đã gần 9 giờ sáng, và Rehnskjold phải đi đến quyết định. Đại quân không thể cứ đứng yên mãi ở đây, mà phải hành động. Rehnskjold chọn phương án rút lui. Lực lượng của ông quá yếu và rủi ro quá cao. Ông định kéo quân trở về điểm xuất phát, triệu tập các tiểu đoàn đang canh gác xe goòng hậu cần và đang tuần tiễu dọc bờ sông. Lúc đó, với đại quân 24 tiểu đoàn thay vì 12 như bây giờ, ông có thể quyết định sẽ đánh Sa hoàng ở đâu. Nhưng khi binh sĩ của Rehnskjold đang chuẩn bị giải tán đội hình chiến đấu mà sắp xếp hàng ngũ để di chuyển, một chuyện đáng kinh ngạc xảy ra: cả đoàn quân Nga chuyển động. Các cổng đều mở toang, các cây cầu được hạ xuống, và bộ binh Nga đang tiến ra rồi lập đội hình để chiến đấu trước mặt doanh trại.

Lúc 10 giờ sáng, Quân đội Thụy Điển đã dàn lại xong đội hình. Kỵ binh Thụy Điển được đặt ở phía sau bộ binh, không phải ở hai cánh như kỵ binh của Pyotr Đại Đế. Bộ binh của Lewenhaupt giờ chỉ có 12 tiểu đoàn, chưa đến 5.000 quân. Đối diện ông là hai hàng bộ binh Nga, mỗi hàng đều đông hơn quân của ông. Hàng thứ nhất gồm 24 tiểu đoàn với 14.000 quân; hàng thứ hai gồm 18 tiểu đoàn với 10.000 quân. (9 tiểu đoàn được giữ trong doanh trại làm lực lượng dự phòng.) Sự khác biệt về quân số và hỏa lực khiến cho cuộc đối đầu gần như là phi lý: 5.000 quân mệt mỏi vì đói kém và bệnh tật, không có pháo, chuẩn bị tấn công 24.000 quân có 70 khẩu pháo.

Vua Karl XII và Mazepa tại sông Dnieper sau đại bại tại Poltava, qua nét vẽ của Gustaf Cederström.

Tướng Lewenhaupt dẫn 12 tiểu đoàn bộ binh tiến công. Sau khi đã chọc thủng được một phần phòng tuyến của địch, Lewenhaupt nhìn quanh tìm kỵ binh đáng lẽ phải tiến nhanh để yểm trợ cho vị tướng này, nhưng không thấy kỵ binh Thụy Điển nào cả. Thay vào đó, Lewenhaupt thấy các tiểu đoàn cánh trái đang bị đại pháo của Nga hạ nòng bắn tan nát; trên phân nửa bị đốn ngã trước khi tiếp cận được bộ binh Nga. Giữa cánh trái đang khốn đốn và cánh phải đang dồn lên là một khoảng hở. Và khi cánh phải Thụy Điển càng tiến lên, khoảng hở càng rộng ra. Pyotr Đại đế cũng nhìn thấy những gì đang xảy ra. Nhà vua nước Nga phái một đội kỵ binh hùng hậu đánh vào khoảng trống này.

Chiến trận xảy ra đúng như Nga hoàng đã hy vọng và Lewenhaupt đã e sợ. Không còn bị kỵ binh Thụy Điển ngăn trở, kỵ binh Nga đánh phủ lên bộ binh Thụy Điển ở cánh phải. Đà tiến công nhanh của Quân đội Thụy Điển thực ra giúp cho chiến thuật của Nga hoàng được thành công hơn: họ càng tiến sâu thì càng bị vây chặt hơn trong biển người của Nga. Chỉ có 50 kỵ binh xuất trận vào giữa hàng ngũ bộ binh Nga, chẳng bao lâu đều bị hạ. Bị tràn ngập và áp đảo, Quân đội Thụy Điển cố rút lui, ban đầu với tính kỷ luật kiên cường, nhưng rồi khi hốt hoảng tràn lan, họ trở nên rối loạn. Và cuộc giao tranh tiếp diễn thêm nửa giờ đồng hồ như thế – vinh quang cho Nga hoàng Pyotr I, thảm họa cho Quốc vương Karl XII. Thất bại thảm hại của nhà vua Thụy Điển tại Poltava đã vang danh trên toàn cõi Âu châu.[67]

Quân đội Thụy Điển bị tổn thất 10.000 binh sĩ, gồm 6.901 tử trận và bị thương, 2.760 bị bắt làm tù binh. Không những thế, vua Karl XII còn có đến 300 viên Sĩ quan tử trận và 260 viên Sĩ quan bị bắt. Tổn thất bên Nga tương đối nhẹ – không phải là điều đáng ngạc nhiên vì phần lớn họ chiến đấu từ vị trí phòng ngự trong khi pháo của họ gầm rú trên đầu địch quân. Trong tổng số 42.000 quân, 1.345 chết và 3.290 bị thương. Số thương vong và kết quả đều đảo ngược tất cả các trận đánh trước đó giữa hai ông vua Pyotr I và Karl XII. Trong cuộc triển lãm kỷ niệm "chiến thắng hoàn hảo" của Nga hoàng Pyotr I tại Poltava, ở viện Bảo tàng Hermitage (Sankt-Peterburg), có nhiều hiện vật liên quan chặt chẽ tới nhà vua Thụy Điển, chẳng hạn như một chiếc yên ngựa bị ông bỏ lại trên trong đại bản doanh của Quân đội Thụy Điển sau khi đại bại tại Poltava.[68]

Tổng số tàn quân Thụy Điển - Cossack tập họp lên đến 15.000 binh sĩ Thụy Điển và 6.000 binh sĩ Cossack. Vua Karl XII quyết định đi về Perevoluchna cách xa gần 130 kílômét. Buổi tối ngày 29 tháng 6, đoàn quân đi đến Perevoluchna, nơi sông Vorskla đổ vào sông Dnepr. Không có chỗ nước cạn để vượt sông. Thị trấn và hàng trăm tàu thuyền do dân Cossack Zaporozhsky tập trung đến đã bị quân Nga đốt rụi vào tháng 4. Số thuyền ít ỏi còn lại chỉ có thể chở một nhóm nhỏ sang sông. Nhà vua quyết định sẽ đi cùng một số thương binh đến Ottoman, xin ẩn náu, chờ cho bình phục và chờ đoàn quân còn lại đến gia nhập. Riêng đoàn quân còn lại sẽ đi đến điểm nước cạn phía bắc để vượt sông Vorskla, rồi đến điểm hẹn ở Ochakov trên bờ Biển Đen. Sau khi đoàn tụ, tất cả sẽ cùng về Ba Lan. Suốt đêm ấy, tất cả có khoảng 900 người Thụy Điển và 2.000 người Cossack qua được sông.

Quân đội Thụy Điển đầu hàng

Tướng Lewenhaupt nhận quyền chỉ huy đoàn quân ở lại. Sáng hôm sau, ngày 1 tháng 7, khi họ sắp lên đường, 8.000 kỵ binh Nga và 2.000 quân Cossack dưới quyền Menshikov xuất hiện. Lewenhaupt tham khảo với các đại tá. Càng thảo luận, ý định đầu hàng càng mạnh hơn. Lúc 11 giờ ngày 1 tháng 7, Lewenhaupt mang 14.288 quân sĩ và 34 khẩu pháo ra đầu hàng mà không chống cự gì cả. Cộng với 2.871 quân bị bắt ở Poltava, Nga hoàng Pyotr I Đại Đế bấy giờ cầm giữ 17.000 tù binh Thụy Điển. Ngay khi Lewenhaupt đầu hàng, quân Nga vượt sông Dnepr để đuổi bắt vua Thụy Điển và Mazeppa. Họ đuổi theo kịp 600 người vẫn còn đang chờ sang sông Bug. Quân Nga tấn công, và 300 quân Thụy Điển đầu hàng. Quân Cossack biết họ sẽ không được khoan hồng, nên chiến đấu đến người cuối cùng. Từ bên kia bờ sông, vua Karl XII bất lực nhìn trận chiến vô vọng.

Sự tàn sát này là trận đánh cuối cùng trong cuộc xâm lăng của Quân đội Thụy Điển vào nước Nga. Trong 23 tháng kể từ lúc vua Karl XII rời khỏi Lãnh địa Tuyển hầu tước Sachsen, một đoàn quân vĩ đại bị tiêu diệt. Bây giờ, nhà vua Thụy Điển cùng với 600 tàn quân đi vào Ottoman - Thổ Nhĩ Kỳ. Sultan của nhà Ottoman khi đó là Ahmed III rất trọng vọng ông: Sultan cung cấp cho ông 16.000 đồng đu-cát.[69] Nhà vua Thụy Điển sống tại Bender, Ottoman trong vòng 5 năm. Thông qua các sứ giả là M. Neugebauer và S. Poniatowski, ông thường xuyên liên lạc với triều đình Sultan. Không những Nhà nước Ottoman mà nhiều giám đốc ngân hàng, thương nhân, v.v... của Thổ Nhĩ Kỳ cũng trợ cấp cho ông (người Thổ thường gọi ông là Demirbaş Şarl).[70]

Điều đáng bất ngờ là vào năm 1710, tại Bender, ông đã tái xây dựng một lực lượng Quân đội, bao gồm 10.000 quân Thụy Điển, Cossack vùng Zaporozhe và cả Ba Lan. Trong khi đó, ở chính quốc, chính phủ Thụy Điển đã xây dựng và đào luyện một lực lượng Quân đội mới. Trong lúc này, vua Karl XII nhận tin Quân đội Thụy Điển do tướng Magnus Stenbock chỉ huy đánh tan tác quân Na Uy - Đan Mạch. Do đó, ông quyết định tiếp tục theo đuổi chiến tranh, và do đó những cường quốc Hải quân như Anh Quốc, Hà Lan đã chống lại ông, do họ cần lập lại hòa bình. Ông còn hạ lệnh cho Magnus Stenbock tiến hành Pomerania, Quân đội Thụy Điển đánh bại quân Đan Mạch trong trận Gadebush nhưng sau đó thất bại (1713).[71] Cũng vào năm 1713, vua Karl XII xuống chiếu thiết lập văn phòng "Thanh tra Tối cao" ở Đế quốc Thụy Điển, viên Thanh tra Tối cao này sẽ giúp vua trông coi Pháp luật đất nước trong những năm tháng chinh chiến của ông.[72]