Заключив в 1699 г. мир с Османской империей, царь Петр I в союзе с королем Дании Христианом V и королем Речи Посполитой Августом II Саксонским в 1700 г. начал военные действия против Швеции, ставя целью обеспечить выход России к Балтийскому морю. Начало военной кампании оказалось для России неудачным. В августе шведский король Карл XII одержал победу над союзной России Данией, вынудил ее заключить Травендальский мирный договор и перебросил на восточный театр военных действий 12-тысячное войско. Молодая русская армия оказалась неготовой к столкновению (рекруты были не обучены, плохо вооружены и состояли, как правило, под командованием иностранных офицеров-наемников, изменивших в решающий момент), и 19 ноября 1700 года была разбита под Нарвой. Карл XII посчитал Россию выведенной из войны и перебросил свои силы против короля Августа II.
Петр I извлек урок из нарвской катастрофы. Он принял энергичные меры к созданию заводов, производящих металл и вооружение, в Центральной России и на Урале, пополнению армии рекрутами и офицерским составом. Кузницей военных кадров стали гвардейские Преображенский и Семеновский полки, проявившие стойкость и боевую выучку в сражении под Нарвой.
Первая победа над шведами была одержана 29 декабря 1701 г. при Эрестфере в окрестностях Дерпта. Она имела большое значение для укрепления духа русского воинства, убедившегося в том, что противник уязвим. Затем последовали победы у Гуммельсгофа (июль 1702) и на Ижоре (август 1702). Русские войска при поддержке речной флотилии захватили шведские крепости на Неве Нотебург (октябрь 1702) и Ниеншанц (1703). Взяв под свой контроль Неву, Петр I в 1703 г. основал Санкт-Петербург, ставший с 1712 г. новой столицей России, и крепость Кроншлот (с 1723 г. – Кронштадт).
Карл XII недооценил успехи русской армии и продолжал борьбу с Августом II. Он взял Варшаву и добился низложения саксонского курфюрста польским сеймом. Новым королем Речи Посполитой был избран шведский ставленник Станислав Лещинский. В Польше началась гражданская война между сторонниками двух королей. Петр I поддержал Августа II. 19 августа 1704 г. в Нарве был официально заключен русско-польский военный договор.
Война с Швецией осложнялась непрерывно полыхавшими в стране восстаниями крестьян и городских низов, вызывавшимися главным образом ростом податей и повинностей. В связи с событиями внутри страны в декабре 1705 г. Петр I был вынужден передать командование объединенными вооруженными силами Августу II и выехать в Россию. Тем временем Карл XII перешел в наступление и в начале 1706 г. перейдя через Неман в районе Гродно, вторгся на территорию России. Русским войскам удалось избежать окружения, и они после длительного перехода сосредоточились под Киевом.
Заключение 13 сентября 1706 г. Августом II сепаратного Альтранштедтского мира с Карлом XII поставило Россию в крайне трудное положение. Шведский король, воодушевленный достигнутыми победами, рассчитывал к тому же на внутреннюю нестабильность в России и обещания гетмана Украины И. Мазепы, ведшего со шведами тайные переговоры и готовившего измену. В планы Карла XII входил уже поход на Москву, но русская армия сумела дать достойный отпор.
Первой серьезной неудачей шведов явился разгром 28 сентября 1708 г. у деревни Лесной под Могилевом 16-тысячного корпуса Левенгаупта. Не получил Карл XII серьезной помощи и от предателя И. Мазепы. Несмотря на это, король в апреле 1709 г. решился на осаду Полтавы, рассчитывая на то, что немногочисленный гарнизон крепости во главе с полковником А. С. Келиным не устоит. Однако защитники крепости сумели отбить натиск шведов, благодаря чему Петр I выиграл время и успел подтянуть к Полтаве главные русские силы.