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.

Так или иначе, но к середине июня был решен вопрос о генеральном сражении. 15 июня часть русских войск перешла Ворсклу, отделявшую их от шведской армии, осаждавшей Полтаву, и возвела у переправы укрепленные позиции. Перед фронтом и на правом фланге перед русскими была открытая местность. Левый фланг позиции уходил в густой лес, простиравшийся до самой Полтавы. Там, у дер. Яковцы русские возвели другие укрепления под углом к основным. В итоге часть поля боя была лесистой, что было невыгодно шведам, предпочитавшим открытую местность. К тому же на поле будущей битвы русскими были сделаны отдельные укрепления-редуты.

А.Д. Меншиков командовал 24 полками кавалерии, вся пехота подчинялась Б.П. Шереметеву, а артиллерия — Брюсу. Всего регулярных войск у России было около 42 тыс. человек и 5 тыс. — нерегулярных формирований. В армии шведов в целом было около 48 тыс. человек, из них боеспособных оказалось около 30 тыс. Незадолго до битвы сам король в одной из кавалерийских летучих стычек с казацким пикетом был ранен. Мчась на лошади, он получил пулю в пятку, в итоге чего вся ступня была раздроблена. Мужественный король выдержал жестокую операцию и остался в войсках. Но командующим стал фельдмаршал Рейншильд.

Боевые действия начал Карл XII, назначив атаку на 27 июня. В ночь перед атакой, пишет Н.И. Павленко, шведы сидели «без огня, без соломы, сена, еды и питья».

Внезапная и бесшумная ночная атака шведов была обнаружена разведкой А.Д. Меншикова, и противник был опрокинут. Но тут же начался яростный натиск шведской армии на основные укрепления русских. Часть шведов сумела, неся потери, пробиться сквозь них, но, оторвавшись от основных сил, они погибли в лесу у Яковцов. Затем была отбита еще одна атака. С большими потерями основная часть шведского войска скрылась в лесу у Малых Будищ. Вот тогда на следующий день пошли в 2 линии в атаку 42 батальона русских в центре поля боя, а кавалерия — на флангах. Одновременно в атаку пошли от будищинского леса и шведы. Отбив шведов, русские начали наступление по всему фронту. Завязался жестокий рукопашный бой. Решающей была стремительная атака конницы А.Д. Меншикова в правый фланг шведов. Войско Карла XII побежало. К 11 утра исход боя был решен. Шведы оставили на поле боя более 9 тыс. убитых. Около 3 тыс., вместе с фельдмаршалом Рейншильдом, было взято в плен. У русских было свыше 1300 убитых и более 3 тыс. раненых.

Шведов преследовали 2 гвардейских и 2 пехотных полка, посаженных на коней. Гнали шведов и на другой день. Остатки их были перехвачены у Переволочны при впадении Ворсклы в Днепр. Здесь сдалось в плен около 17 тыс. солдат и захвачены 127 знамен и штандартов и 28 орудий. Карл XII и Мазепа с 2 тыс. шведов и казаков все же перешли на другой берег Днепра.