7 июня валашский господарь Константин Брынковяну сообщил русскому командованию, что турки не собираются вступать в войну. Это известие позволило Петру I перекинуть военные части, стоящие на подходах к турецким крепостям Бендеры, Очаков, Перекоп. Петр I решил 29 июня дать генеральное сражение. В срочном порядке началось строительство новых образцов полевого инженерного искусства — редутов, которые нужны были как для ведения активной обороны, так и в качестве опорных пунктов для наступления. 6 из 23 драгунских полков царь отстранил от участия в битве, так как вместе с отрядом гетмана И.И. Скоропадского драгунам ставилась задача выставить заслон шведам, если те начнут отступление на Правобережную Украину и далее в Польшу. 26 июня Петр I послал турецкому султану Ахмеду III грамоту, в которой подтверждал условия Константинопольского мирного договора. Шведский король, видя, что русские подтягивают силы, 27 июня выступил из-под Полтавы, что и заставило царя начать операцию в тот же день. 27 июня 1709 года состоялась знаменитая битва под Полтавой.

Победа русской армии получила широкий резонанс в мировом сообществе. Героизм был поднят на небывалую высоту.

А.Д. Меншиков вместе с М. Голицыным настиг шведскую армию у переправы через Днепр, о чем в реляции докладывал царю: «Бегущего от нас неприятеля здесь мы настигли и только что сам король с изменником Мазепою в малых людях уходом спаслись, а достальных шведов всех живьем на аккорд в полон побрали, которых будет числом около десяти тысяч, между которыми генерал Левенгаупт и генерал-майор Крейц. Пушки, всю амуницию тоже взял». 30 июня Карл XII бросил армию под Переволочной и вместе с украинским гетманом, хорошо знавшим южные степи, бежал в Очаков. Об этом еще в 1555 году предсказатель Нострадамус писал так:

По случаю одержанной победы царь присвоил Меньшикову чин генерал-фельдмаршала (второму после Шереметева) и назначил правителем городов Почеп и Ямполь, увеличил число его крепостных на 43 тысячи лиц мужского пола. По числу крепостных Меншиков стал вторым после царя душевладельцем в России. Графа Г.И. Головкина Петр I возвел в канцлеры, П.П. Шафирова, который служил переводчиком при Шереметеве, — в вице-канцлеры, Репнину, Брюсу и другим генералам Петр Алексеевич пожаловал орден Андрея Первозванного, Д.М. Голицыну и Р.Х. Боуру подарил деревни. Каждому солдату было выдано по 5 рублей.

После разгрома шведов под Полтавой, где, по словам Петра I, «непобедимые господа шведы… хребет показали», в Европе обратили внимание на растущую силу Московского государства. Победа петровской армии стала переломным моментом в напряженном русско-шведском противоборстве. Решив великие национальные задачи России, она вместе с тем на целые столетия опередила исторические судьбы народов Юго-Восточной Европы, придав новый импульс надеждам на освобождение от османского владычества православному населению этого региона. Молдавский летописец Ион Некулче отмечал, что Полтавская битва «вселила в молдавский, валашский, сербский народы новую надежду на скорое освобождение из-под векового гнета». Возрос значительно приток христианского населения из Оттоманской Порты. Молдаване, валахи, сербы, болгары, черногорцы, македонцы, греки мечтали поступить на русскую службу. Валашский господарь Брынковяну пообещал русскому царю, что, как только русские войска вступят в княжество, он даст 30 тысяч волонтеров. Вдоль северной границы Молдавского княжества османскими пашами «везде поставлены были караулы турецкие того ради, чтобы люди их в Польшу к Царскому Величеству не выезжали».

Карл XII достиг турецкой границы, обогнув Большой Ингул с правой стороны. От Днепра до Очакова шведы с Мазепой шли 7 дней. По дороге, не имея провианта, они ели лошадиное мясо. Русский отряд Кропотова, преследуя шведов, перешел на молдавскую землю, но бендерский сераскир Юсуф-паша не стал выдвигать обвинения русским властям. От Очакова при попутном ветре корабль доходил до Стамбула за 40 часов. Очаковский паша отправил к султану известие о появлении шведского короля и его поражении под Полтавой. К султану Карл XII отослал с письмом Мартина Нейгебауера, немца родом из Данцига, ранее служившего в России, но удаленного из страны по наущениям Меншикова. Нейгебауер поступил на службу к шведскому королю, став его доверенным лицом. В письме к султану Карл XII писал о русской угрозе для турок: «Если дать царю время воспользоваться выгодами, полученными от нашего несчастья, то он вдруг бросится на одну из Ваших провинций, как бросился на Швецию вместе с своим коварным союзником, бросится среди мира, без малейшего объявления войны. Крепости, построенные им на Дону и на Азовском море, его флот обличают ясно вредные замыслы против Вашей империи. При таком состоянии дел, чтобы отвратить опасность, грозящую Порте, самое спасательное средство — это союз между Швециею и Турцией. В сопровождении Вашей храброй конницы я возвращусь в Польшу, подкреплю оставшееся там мое войско и снова внесу оружие в сердце Московии». Когда в султанском дворце уточнили чин Нейгебауера, тот сознался, что он — волонтер на службе шведского короля. Оскорбленный султан возмущался: «Неужели у короля не осталось министров, генералов, полковников, которых он мог бы послать к султанскому двору?» Шведского посланника во дворце не приняли. Толстой в Посольский приказ писал: «Порта в большом горе, что шведского короля и Мазепу очаковский паша принял: очень туркам нелюбо, что этот король к ним прибежал, ибо по закону их и ради стыда от других отдать его невозможно и не хотят». Находясь в сложном положении, турки не принимали Нейгебауера, но и через Толстого тоже не брали петровских грамот.

Молдавский господарь Михаил Раковица, желавший перейти под русский протекторат, наладил связь с русскими. Поступавшая от него информацию была использована Петром I, не исключавшим возможности пленения шведского короля. На левом и правом берегах Верхнего Днестра для прикрытия со стороны турецкой границы заняли оборонительную позицию отряды под командованием генерал-майора Г.С. Волконского и бригадира Г.И. Кропотова, генерал-майора Иоганна фон Вейсбаха, корпус из 10 драгунских полков, которым командовал генерал-фельдмаршал лейтенант Янус фон Эберштедт. Карл XII попросил разрешения у сераскира отправить нарочного в Стокгольм, но как докладывал английский посол в России лорд Ч. Уитворт, под видом нарочного король хотел из Очакова выехать сам. Через сутки, обнаружив «пропажу», турки устроили погоню, догнали короля и привезли к Бендерам — административному центру. Шведского короля турки хотели использовать в большой игре. Шведы расположились на левом берегу Днестра напротив турецкой крепости Бендеры, возле современного молдавско-болгарского села Парканы.

По указанию из Порты Юсуф-паша организовал поставку провианта и одежды шведам, выставив стражу в 200 солдат. В июле лагерь затопило, и шведы переместились на правый берег Днестра, в село Варницу. Король предложил паше 300 червонцев за пропуск в крепость, но паша не решился предпринять ответные меры без санкций из Стамбула. В августе султан принял Толстого и тот передал грамоты государя с предложением выдать Мазепу и Карла XII. Турки выдвинули встречные требования: возвратить Азов, разорить недавно построенную крепость Каменный Затон. 8 сентября 1709 года Мазепа умер. После смерти украинского гетмана шведский король получил от племянника Мазепы Андрея Войнаровского крупную сумму денег. Взяв в Стамбуле кредит у французских банкиров, Карл XII развернул активную деятельность против русских, подговаривая турок к продолжению русско-турецкой войны. Турецкому султану шведский король обещал союзническую помощь и содействие своего ставленника в Польше Станислава Лещинского. Султан прислал королю дорогие подарки и одежды. Лещинский же, сам рассчитывавший на силы шведов, в 1709 году был низложен.