Международное положение России стало весьма сложным. Дания вынуждена была включиться в войну с Францией и стала для Петра бесполезной. Август II смог обеспечить безопасность Саксонии (но не Польши), лишь отдав часть своих войск Австрии. В этих условиях Петр I предпринимает энергичные усилия, чтобы удержать в союзниках Августа II (отдал в его распоряжение 20-тысячный корпус Н.И. Репнина, обещал денежную помощь в течение двух лет по 100 тыс. руб.). По договору с ним Россия отказалась от притязаний на Лифляндию и Эстляндию и ограничилась интересами в Ингерманландии и Карелии.
Между тем Карл XII нанес Августу II сокрушительное поражение под Ригой и направился в Польшу, где, по словам Петра I, надолго «увяз». Отток шведских войск в пределы Речи Посполитой создал более благоприятную обстановку для России. Часть русских солдат во главе с Б.П. Шереметевым в течение ряда лет действовала в ближних районах Лифляндии, постепенно набирая опыт в стычках и боях с хорошо вооруженными и сильными войсками шведов. Вскоре Шереметев стал одерживать и победы. Отбита была попытка шведского десанта в Архангельске, а еще раньше отбиты попытки захватить Гдов и Печерский монастырь. Таким образом, армия постепенно обретала опыт, силу и боевой дух.
Для создания мощной артиллерии было развернуто строительство доменных и молотовых заводов на северо-западе России и на Урале. Особенно важным был ввод в 1701 г . Каменского и Невьянского заводов на Урале, ибо пушки из уральского металла были прочными и дальнобойными. Для пушек нужен был не только чугун, но и медь. Царь-новатор рассылает по стране повеление собрать часть... колоколов. К маю 1701 г . их скопилось в Москве около 90 тыс. пудов. Цифра громадная, но скандала в стране не вызвала — церковь не сочла себя ограбленной. В конечном счете русская армия получила действительно мощную артиллерию, и это сказалось на ближайших результатах войны.
Верно оценив обстановку, Петр I решает сосредоточить войска для наступления в Ингерманландии и Карелии, В августе 1702 г . русские вытеснили шведов с Ладожского озера и района р. Ижоры. После этого была стремительно организована осада Нотебурга (острова-крепости в истоке Невы), которой руководил сам царь. 1 октября начался многодневный обстрел крепости мощной артиллерией, и к 5 октября в крепостных стенах были проломы, а две башни сильно разрушены. Добровольцам раздали штурмовые лестницы, были заготовлены и многочисленные лодки. Ночью 11 октября в крепости возник пожар, а утром начался штурм, длившийся целых 13 часов. В итоге шведы капитулировали. Им было позволено уйти из Нотебурга с почетом (т.е. сохранив знамена, вооружение, имущество и пушки). Число жертв у осаждавших было очень велико. Однако русские воины сделали почти невероятное: они одолели могучие стены Нотебурга с одними лестницами. С тех пор Нотебург (Орешек) стал именоваться Шлиссельбург, т.е. ключ-город, а на памятной медали была выбита надпись: «Был у неприятеля 90 лет».
В апреле 1703 г . после мощного артиллерийского обстрела сдалась крепость Ниеншанц в устье Охты, впадающей в Неву у самого ее устья. Новую крепость решено было основать ближе к морю. Так 16 мая 1703 г . была заложена Петропавловская крепость, положившая начало Санкт-Петербургу. В мае же были взяты древнерусские крепости Ям и Копорье. Через год была укреплена артиллерией крепость в заливе напротив устья Невы. Названа она была Кроншлот и защищать ее было приказано до последнего человека.