Украинский народ не разделил симпатий гетмана Мазепы. Из оказавшихся вместе с Мазепой 4—5 тыс. человек многие вскоре покинули шведский лагерь. А ведь Петр I беспредельно верил коварному лицемеру и оставлял без внимания в течение целого ряда лет немало серьезнейших предупреждений о готовящейся измене и, в частности, от генерального судьи Василия Кочубея. Впрочем, в искренности последнего, может быть, усомнились из-за скандального романа старого Мазепы с дочерью Кочубея Матреной. Во всяком случае, слепо и безгранично доверявший Мазепе Петр I способствовал чисто формальной проверке этих доносов и даже сообщал Мазепе (!) о всех доносчиках. Больше того, после пыток над доносчиками Петр I выдал Кочубея и его соратника Искру для казни самому Мазепе. В июле Мазепа им отрубил головы, а в конце октября открыто перешел в лагерь шведов.
Упреждая шведов, ошарашенный изменой Петр I послал А.Д. Меншикова взять ставку Мазепы г. Батурин. После штурма крепость, город и замок были разрушены и сожжены «в знак изменникам». Для шведов это была тяжелая потеря, и дело было не в самой крепости, а в огромных запасах оружия и продовольствия, заготовленного для них Мазепой. Как пишет Н.И. Павленко, когда случай привел Мазепу на пепелище, он воскликнул: «О, злые и несчастные наши початки! Вижу, что Бог не благословил мое намерение».
После измены началась борьба за влияние на народные массы. Гетман и король издавали универсалы. Издавал указы и царь, и сила доказательности последних, раскрыв коварство и предательство Мазепы, оказала на украинский народ огромное влияние. 6 ноября 1708 г . избран был новый гетман — Иван Скоропадский. В русских войсках резко повысили воинскую дисциплину, жестоко пресекая любые попытки пограбить местное население.
Осень 1708 и зима 1709 г . прошли в попытках Карла XII пробить себе путь на Москву по линии Белгород — Тула. На Украине тем временем все шире развивалась партизанская война со шведами: «...малороссияне везде на квартерах и по дорогам тайно и явно шведов били, а иных живых к государю привозили..., и от того много войска шведского уменьшило-ся». В ожесточении шведы, да и мазепинцы, которые воевали теперь под новым знаменем, практически не отличавшимся от шведского по рисунку и расцветке, сжигали села и города, убивали местных жителей, угоняли в плен.
К апрелю 1709 г . маневры шведских войск привели к ситуации, когда взятие ими Полтавы могло открыть им возможность соединения с войсками С. Лещинского и шведского генерала Крассова. Кроме того, здесь близки были Запорожская Сечь и крымские татары. В начале апреля шведы осадили Полтаву с ее 4-тысячным гарнизоном и вооруженным (около 2,5 тыс.) боеспособным населением. Город отбивался от атак в течение двух месяцев.
Тем временем русское командование сосредоточило поблизости свои главные силы. А помощь Карлу XII не пришла, потому что в Польше успешно действовал русский корпус Гольца, связавший войска С. Лещинского и шведские войска Крассова. По сути шведы были под Полтавой в окружении. Однако в мае 1709 г . ситуация ухудшилась, так как осложнились отношения с Запорожской Сечью. В годы войны казаки, рискуя поссорить Турцию с Россией, дважды грабили греческих купцов из Порты. Султан потребовал за это огромной компенсации. Россия выполнила требование, но взамен лишила казаков жалованья. В ответ же в марте 1709 г . начался переход казаков к Мазепе. Поэтому Петр в мае 1709 г . приказал разгромить Сечь. В итоге 8 тыс. лишенных жалованья запорожцев оказались в лагере Карла XII.