Việc truất phế August II của Ba Lan đã loại ra bên thứ hai trong số liên minh ba bên chống Thụy Điển. Bây giờ, bị đơn độc phải đối mặt với Karl, Pyotr Đại đế tăng cường nỗ lực để dàn hòa với Karl XII.

Karl nhất quyết từ chối xem xét việc đàm phán với Nga. Trong giai đoạn Pyotr Đại đế đề xuất các điều kiện hòa bình và Karl bác bỏ các đề xuất này, có sự cách biệt giữa đôi bên không thể nào hòa giải được: Sankt-Peterburg. Pyotr có thể từ bỏ mọi thứ miễn là được giữ Sankt-Peterburg để có lối cho Nga thông ra biển. Karl không muốn từ bỏ thứ gì khi chưa đánh gục quân đội Nga. Vì thế, chiến tranh tiếp tục trên danh nghĩa Sankt-Peterburg – lúc này chỉ mới là một số ngôi nhà gỗ, một pháo đài xây bằng đất và một bến cảng thô sơ.

Từ tháng 1 năm 1707, Pyotr Đại đế ra lệnh lập một vành đai tàn phá hầu tạo khó khăn cho quân Thụy Điển. Ở vùng tây Ba Lan nơi quân Thụy Điển sẽ đi qua trước khi vào Nga, kỵ binh đã nhận lệnh đi tàn phá: đốt cháy thị trấn Ba Lan, phá dỡ cầu, san thành bình địa làng mạc và thị trấn.

Ngày 27 tháng 8 năm 1707, Karl XII kéo quân ra khỏi rời xứ Sachsen (Đức) để bắt đầu một cuộc phiêu lưu lớn lao nhất trong đời ông. Đầu năm 1708, quân tinh nhuệ Thụy Điển đặt chân lên bờ đông của sông Vistula.

Pyotr ra lệnh tiếp tục tàn phá một vùng rộng lớn của chính đất Nga để 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 Karl tiến quân.

Karl XII tự chỉ huy có 35 nghìn quân. Cánh quân 12 nghìn binh sĩ của Adam Ludwig Lewenhaupt đã được lệnh đến điểm hẹn với đại quân, còn cánh quân 14 nghìn binh sĩ của Lybecker từ Phần Lan đã nhận lệnh di chuyển xuống Sankt-Peterburg. Nếu thành công, lực lượng này có thể chiếm Sankt-Peterburg, nếu không cũng có thể làm nghi binh để cầm chân một số quân của Pyotr.

Lực lượng của Nga đông hơn nhiều. Tổng cộng trên đường vòng cung chặn hướng tiến của Thụy Điển, Pyotr Đại đế chỉ huy khoảng 57.500 quân. Ngoài ra, Fyodor Matveyevich Apraksin chỉ huy 24.500 quân trấn giữ Sankt-Peterburg, và tướng Bauer nắm 16 nghìn 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 Thụy Điển. Một lực lượng khác gồm 12 nghìn quân dưới quyền Hoàng thân Mikhail Mikhailovich Golitsyn trấn đóng gần Kiev để đón đầu địch quân tiến về Ukraina.

Nga có tổng cộng 11 vạn quân so với 62 nghìn 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.

Trong chuỗi tiến công của Thụy Điển, quân Nga luôn tạo một lá chắn giữa quân Thụy Điển và đường dẫn đến kinh thành Moskva. Các trận đánh nổi tiếng là trận Golovchin ngày 3 tháng 7 năm 1708, trận Molyatychy ngày 9 tháng 7 năm 1708, và trận Lesnaya ngày 28 tháng 9 năm 1708. Trong trận đánh tại Golovchin, vua Karl XII đánh tan tác quân Nga đông đảo hơn.[3] Nhưng đây là trận thắng lừng lẫy cuối cùng của ông.[4] Trong trận đánh tại Lesnaya, mỗi bên có khoảng 12 nghìn quân giao chiến; Nga bị tổn thất khoảng một phần ba, nhưng Thụy Điển mất phân nửa. Sau này, Nga hoàng Pyotr gọi là trận Lesnaya "Bà Mẹ của Trận Poltava."

Trận đánh lớn quyết định là trận Poltava ngày 28 tháng 6 năm 1709 giữa hai đoàn quân hùng hậu. Tổng cộng, lực lượng tinh nhuệ Thụy Điển tung ra để tấn công 42 nghìn quân Nga chỉ có 19 nghìn binh sĩ. Riêng trong cuộc giáp lá cà, 5 nghìn bộ binh Thụy Điển mệt mỏi vì đói kém và bệnh tật, không có pháo, giao chiến với 24 nghìn quân tinh nhuệ Nga có 70 khẩu pháo. Thụy Điển bị tổn thất 1 vạn quân, gồm 6.901 tử trận và bị thương, 2.760 bị bắt làm tù binh. Trong tổng số 42 nghìn quân Nga, 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 Thụy Điển và Nga.

Với chiến bại này, những năm tháng huy hoàng của vua Karl XII chấm dứt.[5] Với sự truy kích của quân Nga, ngày 1 tháng 7 Lewenhaupt mang 14.288 người và 34 khẩu pháo ra đầu hàng mà không chống cự gì cả.

Rồi quân Nga tiếp tục truy kích đường rút lui của vua Karl XII lúc ấy đang cố tẩu thoát qua Đế quốc Thổ Ottoman. Thêm một trận tàn sát, để rồi cuối cùng ông chỉ còn có 600 quân sĩ khi đi vào Ottoman xin ẩn náu.