Однако Карлу XII не удалось решить ни одной из поставленных задач. Шестнадцатитысячный корпус генерала Левенгаупта, шедший на соединение с главной шведской армией из Риги на Украину, был наголову разбит у деревни Лесной русскими войсками под командованием Петра I. А вместе с Мазепой к Карлу пришло всего лишь 4–5 тысяч казаков, да и то большинство из них вскоре покинули гетмана и перешли в русский лагерь. Не сбылись надежды пополнить артиллерию и продовольственные запасы за счет богатой гетманской столицы Батурина. Стремительный бросок отряда Меншикова позволил опередить шведов. Батурин был взят штурмом и сожжен, а запасы оружия и продовольствия попали в руки русских.
Не менее неожиданным для захватчиков было и другое: против них началась настоящая народная война. Люди покидали села и хутора, с оружием в руках уходили в леса, нападали на шведов, захватывали и уничтожали их магазины (запасы оружия и продовольствия). Вот как описал положение дел на Украине адъютант князя Меншикова: «А от черкаса худова нет, служат верно, и шведам продавать ничего не возят, а по лесам собрася компаниями ходят и шведов зело много бьют и в лесах дороги зарубают».
Шведы ответили на это жесточайшими репрессиями. Сжигали села, вырезали людей от мала до велика. Это было страшной трагедией для украинского народа. Но сломить народное сопротивление шведам не удалось. Украина во второй раз после Переяславской Рады делом проголосовала за вечный союз с Россией.
Карл XII полностью потерял инициативу и практически вместе со всей своей армией попал в окружение. И тогда он решил осадить небольшую крепость Полтаву. Полтава закрывала ему путь к соединению с запорожскими казаками, помощь которых обещал ему Мазепа, и с крымскими татарами. Однако — как сознавал шведский король — это уже был не путь к победе, а попытка спастись от поражения. Тем более, что маленькая крепость с не очень сильным гарнизоном оказала захватчикам яростное сопротивление. Взять ее король так и не смог, хотя штурмовал неоднократно. Русская армия, шедшая параллельно с главными силами шведов, дала под Полтавой 27 июня 1709 года генеральное сражение, превратившееся в сокрушительный и унизительный разгром лучшей европейской армии.
Полтавская битва не только коренным образом изменила ход Северной войны — она окончательно определила ее исход. Только внешнеполитические интриги Англии, не заинтересованной в чрезмерном усилении России, помогли Швеции избежать капитуляции еще в 1709 году. Русская армия в дальнейшем изгнала шведские гарнизоны из Польши и Прибалтики, овладела Ригой. В 1714 году было нанесено тяжелое поражение шведскому флоту под Гангутом. Сам Карл XII не дожил до окончания войны. Возвратившись на родину после нескольких лет вынужденного пребывания в Турции, куда он бежал после Полтавы, он в 1718 году был убит ядром у норвежской крепости Фридрихсталь. А мир между Россией и Швецией был заключен в 1721 году в Ништадте. Россия получила выход к Балтийскому морю и возвратила себе многие некогда отторгнутые исконные земли.