Sau cái chết của Charles XI, ngai vàng được thừa kế bởi con trai của ông, Charles XII. Sau một thời gian ngắn, ông được tuyên bố là đủ tuổi để cai trị. Ba năm sau, vào năm 1700, Đan Mạch, Ba Lan và Nga, những quốc gia đã mất nhiều lãnh thổ nhất vào Thụy Điển, đã cùng nhau tuyên chiến. Đan Mạch sớm bị buộc phải hòa bình sau khi có sự can thiệp chung của quân đội Thụy Điển, Anh và Hà Lan, sau đó Nhà vua và phần lớn quân đội Thụy Điển đã được chuyển đến các tỉnh Baltic, nơi quân đội Nga và Ba Lan đang bao vây một số thị trấn. Quân đội Nga đã bị đánh bại một cách rõ ràng trong Trận Narva, sau đó Charles đưa quân đội vào Ba Lan với mục đích truất ngôi vua Ba Lan Augustus II. Việc này mất vài năm, nhưng vào năm 1706, với Hiệp ước Altranstädt, ông đã đạt được mục tiêu của mình.

Trong khi đó, Nga đã tìm cách chiếm hữu một số thị trấn bên bờ biển Baltic. Thay vì cố gắng chiếm lại những thứ này, Charles đã chọn hành quân trực tiếp tới Moscow, nhưng do thời tiết khắc nghiệt, khó khăn về đường tiếp tế và chiến lược tiêu thổ của Nga, ông buộc phải quay về phía Ukraine. Năm 1709, quân đội Thụy Điển bị đánh bại và bị bắt trong Trận Poltava; Charles đã trốn thoát về phía nam đến Bender trong Đế quốc Ottoman. Sau thất bại tại Poltava, Ba Lan và Đan Mạch đã tái tham gia cuộc chiến, cùng với các quốc gia khác muốn có một phần của các tỉnh Thụy Điển. Trong những năm tiếp theo, hầu hết trong số họ đều thất thủ và Nga chiếm nửa phía đông của Thụy Điển (Phần Lan ngày nay).

Bất chấp những thất bại đó, Charles XII đã hai lần cố gắng xâm chiếm Na Uy để loại Đan Mạch-Na Uy khỏi vòng chiến một lần nữa. Vào ngày 30 tháng 11 năm 1718, Vua Charles XII đã bị trọng thương trong cuộc bao vây Pháo đài Fredriksten ở Fredrikshald, Halden ngày nay. Với cái chết của ông, các nỗ lực chiến tranh của Thụy Điển hầu như bị đình trệ, mặc dù Nga tiếp tục quấy rối dân chúng các khu vực ven biển Thụy Điển cho đến khi Hiệp ước Nystad được ký kết cuối cùng vào năm 1721. Thụy Điển sẽ vẫn là một cường quốc trong khu vực với thành công khác nhau cho đến thế kỷ 19, nhưng Chiến tranh phương Bắc vĩ đại chấm dứt giai đoạn như một cường quốc của Thụy Điển.