彼得大帝一心想把俄罗斯的版图延伸到波罗的海，把古时候曾经属于俄国的城市多尔帕和纳尔瓦重新占为己有。因此，他急于打败当时的强国瑞典。
他同丹麦、波兰订立了一个联合起来反对瑞典的计划。可是，在俄罗斯还没来得及开始行动之前，瑞典国王查理十二世已经率领舰队直逼丹麦首都哥本哈根，强行登陆，打垮了丹麦的防御工事，迫使丹麦投降，退出与俄罗斯的联盟。而波兰国王奥古斯特二世虽然攻占了都纳蒙德，但在里加城下遭到了失败。
1700年8月8日，俄罗斯正式向瑞典开战。彼得大帝为自己的出证找了一个微不足道的借口。他说当年他率领高级使团出访经过里加时，里加的瑞典官员对他很不尊重，接待非常冷淡。其实，在彼得大帝心目中，只要战争是必须的，借口就不重要。
彼得大帝以为，他完全可以用迅雷不及掩耳之势，战胜年轻和缺乏经验的对手。因为这一年，瑞典国王查理十二世刚满18岁，比彼得大帝整整小10岁。查理十二世在15岁多时登基成为瑞典的新君主，然而他的表现却是胆大无比、力大无穷、鲁莽无礼、专横跋扈，使他周围的人无不惊异！他的身材又瘦又高，面孔是椭圆形的，额头宽阔，目光锐利。平时他对于国王的职责完全采取不闻不问的态度，一边在读古典的著作，一边像个孩子似的由着性子胡闹。他可以把所有的大臣丢在一旁，在国会里追野兔，用大刀去砍山羊的脑袋，大白天骑着马在首都的街道上乱跑...... 彼得大帝想，这半疯的孩子没有什么可怕的。然而，他想错了。查理十二世眼看自己的国家受到战争的威胁，立刻变成了另一个人，他在一夜之间放弃了自己的所有癖好，一心一意考虑起保卫国家的问题来。他得到俄国宣战的消息后，马上下令逮捕了俄国大使和大使馆的全体人员，以及所有在瑞典的俄国商人。他亲自率领军队出征，像士兵一样睡硬板床，站着用餐，完全像一个有经验的将军。
彼得大帝允许在俄国的瑞典人离开俄国。但是，当荷兰和英国的公使们试图说服他放弃战争时，彼得大帝却从剑鞘中拉出宝剑，当众发誓说，只有在取得最后胜利时，他才会把剑插回鞘中。他手下大约有4万兵力，第一个攻打的目标就是过去曾经被俄国人控制的瑞典城市纳尔瓦。他估计查理十二世目前还在丹麦，怎么也来不及赶来救援。单凭纳尔瓦的防守力量，根本不是4万俄国大军的对手，所以拿下这座城市不过是一次愉快的军事散步罢了。然而，当彼得大帝来到纳尔瓦城下时，他才发现，纳尔瓦远不是他所想象的那样好对付。这座城市的城墙十分坚固，俄国的大炮轰上去几乎没有什么作用。同时，俄国的炮手们技术也不够熟练，炸药和炮弹的供应不足。但是，彼得大帝仍然希望被围困的纳尔瓦人在弹尽粮绝后会投降。
围困持续了3个月。11月17日晚，彼得大帝从瑞典俘虏的口中得知，查理十二世正带领大队人马急行军向纳尔瓦逼近，这个消息使他惊呆了。他似乎感到自己正在落入一个陷阱，俄国军队很可能会全军覆灭。彼得大帝宁愿逃跑也不愿做俘虏，他立刻做出了撤退的决定。他的军事顾问们也认为彼得大帝应该尽早离开这个危险的地方。于是，惊慌失措的彼得大帝把军队交给克罗伊亲王指挥，自己借口去与波兰国王商讨协同作战的问题，匆匆逃离了战场。
克罗伊亲王是彼得大帝两年前雇用的外国将军，尽管他很有指挥作战的经验，但他毕竟对这支临时交付给他的部队不熟悉，完全不了解部队的精神状态，更要命的是他还不会说俄语！他刚刚接受了这一项艰难的使命，查理十二世的人马已经来到了纳尔瓦。瑞典士兵们一路急行军，穿过了大片荒无人烟的地带，经历了恶劣多变的气候，时常饿着肚子安营扎寨，这时已经筋疲力竭，他们的马匹也都有两天没有吃东西了。但是，在年轻的国王查理十二世以身作则的鼓舞下，他们仍然保持着英勇善战的本色。
第二天，两军对阵。瑞典军队只有1万人，在数量上只有俄国军队的四分之一。然而查理十二世对自己训练有素的战士们信心十足，他亲自指挥战斗，用两个纵队的兵力向俄国人发动进攻。这时，正好刮起了一场暴风雪，使处于下风的俄国人连眼睛也睁不开。瑞典军队趁机猛扑上来。俄国军队虽然作了顽强的抵抗，但很快就被瑞典军队冲乱了阵势。克罗伊亲王已完全把握不住局势了。兵败如山倒，俄国军队四散逃窜，骑兵们试图渡过纳尔瓦河，结果有1000人淹死在河中。步兵的情况也不好多少，他们争先恐后地拥向河上的两座桥，以至桥身因为负载过重而塌掉了。幸亏天色黑了下来，敌对双方都停止了战斗。查理十二世担心数量众多的俄国军队垂死挣扎，会给瑞典军队造成过大的伤亡，所以派人连夜修好了纳尔瓦河上的桥梁，使溃败的俄国军队有一条逃生之路。一败涂地的俄国军队伤亡了1万人。克罗伊亲王第一个举手投降，跟他一块作俘虏的还有多尔戈鲁基亲王和几位将军。
在莫斯科，彼得大帝处于极度恐慌之中，尽管他禁止俄国人议论这一次失败的战争，他却没法让自己不去想这次可耻的逃跑。幸好查理十二世没有继续向俄国进军，他决定先把波兰这个敌人解决掉。彼得大帝利用这个喘息的机会，不惜代价地要求与瑞典签订和平条约。可是欧洲各国还记得彼得大帝当初的傲慢，都不愿充当俄国与瑞典的调解人。而瑞典人则公开表示，他们宁可与波兰和平共处，也不会与俄国和平共处！ 这种种屈辱和刺激，反而使彼得大帝从绝望中醒悟了。他开始正视自己的失败，并且从中汲取教训。同时，他也看到了俄罗斯民族蕴藏的无穷无尽的潜在力量，俄国土地辽阔，资源丰富，即使十次、二十次地打败仗，也还能够重新聚集起复兴的力量。过去急于求成的彼得大帝，这时开始从容不迫地做起扎扎实实的工作，以争取报仇雪恨。他说：“我清楚地知道，瑞典人还会长时间同我们作战，但到头来，他们将教会我们如何打仗！” 在彼得大帝的号召下，整个俄国投入了紧张的工作，男女老少，包括教会中的神职人员，一齐动手加固城市和修道院，使它们成为有可能抵御敌人进攻的堡垒。在纳尔瓦惨败之后，俄国的正规部队减少到25000人，沙皇又开始全国规模的大征兵，新建立起10个团。他又下令统计教堂和修道院所拥有的大钟的数量，征用其中的四分之一来制造大炮，同时又选派了250名青年到炮兵和工兵学校去学习。俄国的外交官在国外购买了15000支枪，还有连射大炮、望远镜和其它精密仪器。他们新建了一个炼铁厂，快速建造了大批轻型战船，还为1万名新兵制作了暖和的棉衣。
彼得大帝重新建立他的国际联盟，分别与芬兰和丹麦订立了同盟条约，但是这些同盟条约并没有给他多少帮助，俄国与波兰的联合进攻，又一次败在瑞典人手下。查理十二世收复和攻占了波罗的海沿岸的大片土地。
1702年，为了打开涅瓦河通向大海的出路，波得大帝和谢列米杰夫，从水陆两路去攻击处于涅瓦河三角洲的尼尚茨城堡，1703年5月1日，城堡投降了。6天以后，两只瑞典舰船因为不知道这个消息，冒冒失失地驶进了尼尚茨堡下的港湾，彼得立即命令他的城防队驾驶30多只小船去围攻这两只大船。经过激烈的肉搏战，俄国士兵杀死了58名瑞典水兵，俘虏19名。这是俄国海军第一次获胜，彼得大帝高兴得像小孩子一样手舞足蹈。
9天以后，彼得大帝命人在附近的小岛上为他自己和亲信修建几间简陋的木头房子。当时，连他自己也没有想到，这会是未来的首都——彼得堡的雏形。几个月以后，一艘满载烧酒和盐的荷兰商船无意间停泊在这小岛下。
彼得大帝立即上了船，命人给船员送去伏特加酒、奶酪和饼干，并且向船长和船员都赠送了钱，以感谢他们在新建的“彼得堡”抛锚！ 现在，彼得大帝已经有可能从自己的出海口进入波罗的海了。为了保卫涅瓦河河口，他在海湾入口处的岛上又修建了一座古堡，并且大大地发展了造船业。
1704年7月，彼得大帝亲自参加了攻克多尔帕的战斗。一个月后，经过猛烈的攻击，纳尔瓦城终于向彼得大帝投降了。彼得大帝夺回了曾经由俄国人统治的这两个波罗的海沿岸城市，也洗雪了4年前失败的耻辱。
其实，当时瑞典军队的主力正在波兰，守卫纳尔瓦城的兵力过于薄弱，此后的几年中，俄国军队与瑞典军队始终处于拉锯状态，互有胜负。查理十二世和彼得大帝两个人，都属于同一种固执狂热的个性。所不同的是，彼得大帝像火一样热情，他没有规矩、粗鲁而且常常凭一时冲动行事。而查理十二世的热情却罩上了一层冷冰冰的外衣，是隐藏在内部的、并且是充满计谋的。虽然他们都喜欢大肆宣扬自己的每一个胜利，但他们心里都明白，真正的决战机会并没有到来。可是在这些小规模的战斗中，俄国军队逐渐学到了瑞典军队的战术。
瑞典国上查理十二世终于开始行动了。1708年6月，他率领大军越过别列齐纳河。他很快夺取了莫吉廖夫，直逼斯摩棱斯克，眼看就要到莫斯科。
彼得大帝急忙下令加固首都的防御工事。但是，很不凑巧的是，当时在俄国国内又接连发生了顿河哥萨克的叛乱，沙皇不得不派兵去镇压。这个军事行动使他的兵力大大分散了。
不过，彼得大帝已经不是8年前那个缺乏战争经验的指挥员了。在长期的作战经历中，他不但学会了打仗的艺术，而且磨练出了坚强的毅力。他果断地作出了回避与瑞典军队正面作战的决定。他不再计较一城一地的得失，而是老练地实行着自己的战略计划。俄国军队连续后退，将敌人逐步诱进了俄国的心脏地区。而进行战略转移的俄国军队在离开每一个地方之前，都把村庄烧毁，仓库搬空，不给敌人留下任何有用的东西，使深入敌境的瑞典军队连吃的东西都找不到，生活和行军都遇到了极大的困难。而俄国的小股军队不时地对瑞典军队进行突然袭击，杀死几个敌人后马上就撤走。彼得大帝深信，时间、空间、饥饿和寒冷会帮助俄国人战胜瑞典入侵者。
查理十二世上当了，一开始他对自己获得的“胜利”十分兴奋，得意洋洋地对后退的俄国军队紧追不舍。但是，越是深入俄国的腹地，瑞典军队遇到的困难越来越大，由于饥饿、寒冷和疾病的折磨，一路上不断有士兵倒下。
这时，年轻的瑞典国王查理十二世终于在绝望中作出最后决定：放弃斯摩棱斯克和向莫斯科的进军，转向乌克兰。他希望在那片富饶的土地上，能为他的士兵找到足够的食物，并且得到背叛彼得大帝的顿河哥萨克首领马泽泊的帮助。然而，当查理十二世率军抵达乌克兰后，他惊异地发现，乌克兰的农村同样也已被俄军全部破坏，瑞典军队根本没有补充给养的可能。同时，大批哥萨克仍然忠于彼得大帝，并且对入侵者展开了一场游击战。他们不时从白雪茫茫的薄雾中冲出来，杀死掉队的瑞典士兵，拦截敌人的车辆。这时，俄罗斯的严冬已经降临了，这年的天气异常地寒冷，连鸟儿也被冻死在树枝上。可是瑞典军队此刻还在离自己国家1200俄里外的敌国境内，既没有援军的接应，也无法找到任何食物。越来越多的士兵因为饥饿而昏倒在地，马匹也因为虚弱而不断死去。不可一世的查理十二世，这时也同他的士兵们一样狼狈不堪。但是，他咬紧牙关，仍然顽强地率领着士兵们前进。现在他选定的目标是乌克兰心脏地区的波尔纳瓦，他相信那里储存着大量的食物，只要能够打下这个城市，瑞典大军就可以得到所需要的补充，他们就有转败为胜的希望。
1709年4月，离开自己祖国已经10个月之久的瑞典军队，终于到达了波尔纳瓦城下。这座古老的城堡的防守工事很差，而且俄国守军只有6000人，查理十二世有两万人。如果他立刻下令攻打波尔纳瓦，很可能就打进去了。但是，查理十二世却放弃了这个机会，只命令包围波尔纳瓦，没有发动进攻。因为他的侦探报告说，俄军大军已经出现在他们的屁股后面了。查理十二世决定集中一切力量，以便与俄军的主力部队决一死战。然而，他部下最英勇善战的将军们，现在都已完全丧失了取胜的信心，他们纷纷劝告查理十二世放弃围城，乘着俄国大军还没有到达之前，赶紧撤退。
固执的查理十二世却听不进这一切意见，他盲目地认为已经置身于死地的瑞典士兵还有力量打败俄国大军。他断然宣布：“即使上帝派天使来劝我撤退，我也不会服从！” 其实，查理十二世至今还沉迷在过去对俄战争的胜利中，没有意识到自己的轻敌是一个致命的错误。他对于彼得大帝在俄国所进行的改革，以及俄国所取得的进步，完全采取不闻不问的态度。
彼得大帝率领俄国大军很快也赶到了波尔纳瓦城下，面对士气低落的瑞典军队，他也没有立即下令发起攻击。因为，过去失败的惨痛教训，至今仍让他记忆犹新。他对于是不是与查理十二世进行这场决战，也还有些举棋不定，所以只命令俄国士兵在周围修筑战壕，或者派小股部队去同瑞典军队进行试探性的冲突。彼得大帝常常亲临前线，观察敌情。查理十二世同样也不断出现在前线阵地上。这两位帝王，对于自己个人的冒险都不缺少勇气，但对于这场大战则都保持着谨慎的态度。这时，瑞典人又一次遭到了不幸，查理十二世在一次前线侦察中，右脚被一粒子弹击中。当时他坚持骑在马上继续进行侦察，直到工作结束，可是回到军营中，他在下马时就昏倒在地上了。
军营中的外科医生立即为他做了手术，查理十二世还勉强笑着对身边的人说：“好啦，先生们，只不过是脚，没有什么了不起的！”但是他的身体原来就已经很虚弱了，这一负伤，就更无法坚持指挥战斗，只好把指挥权交给雷恩斯克尔德将军。人们再一次劝他率军后撤，可是查理十二世不但拒绝了这些意见，而且断然决定，在第二天拂晓向俄国军队发动总攻。
6月27日拂晓，瑞典人发动了进攻。这时，彼得大帝骑在一匹阿拉伯种马上，在战场上来回奔驰，他两眼突出，嘴冒白沫，大声地发出号令，对战士们时而鼓励，时而咒骂。人们几乎在战场的每一个角落都能看到他的身影。
谁都不敢相信，就是这样一个人，曾经在战场上临阵脱逃！今天，彼得大帝仿佛决心洗刷过去的耻辱，他似乎专门拣危险的地方去。他的帽子被一粒子弹打穿了，另一粒子弹打在他的胸部，却奇迹般地被他胸前佩带的金制十字架挡住了，还有一粒子弹打进了他马鞍的木头中。
查理十二世因为伤口未愈，只能让人用担架抬着观看战斗。一颗炮弹落在附近，单薄的担架被震坏了，士兵们只好用长矛交错起来搭成一个架子抬着他。战斗越来越紧张，查理十二世忍不住也跨上了马背。但是，无论这位年轻的国王如何英勇，瑞典大军的败局己无法挽回。俄军用72门大炮猛轰敌人的步兵队伍，在其中打开了一个缺口，而瑞典的炮兵却因为弹药用尽无法还击。大队俄军士兵冲了过来，双方展开了肉搏战，养精蓄锐的俄国士兵在体力上和精神上都占了优势，瑞典军队开始败退。无论将军们怎样鼓励自己的士兵，瑞典士兵们还是溃不成军，丢盔弃甲，四散逃窜。眼看败局已定，雄心勃勃的查理十二世也只好撤离了战场。
夜幕降临时，残存的1万多瑞典将士退到了第聂伯河边，这是他们回国的必经之路，但是面对宽阔的河水，他们却没有渡河的工具。夜深了，查理十二世终于承认了自己的彻底失败，带着几百名卫兵，乘坐小船悄悄地渡过了第聂伯河，随后又逃往土耳其。
在查理十二世逃走的第二天，其余的瑞典将士就全部当了俄国人的俘虏。其中有1名元帅，10名将军，1000多名军官，此外还包括瑞典政府的首相、参议员、国王侍从、随军神父、秘书和作家......有些瑞典士兵宁死不屈，在绝望中跳进了波涛汹涌的第聂伯河，有的伤员悲愤地扯开了包扎伤口的绷带...... 胜利的当天晚上，彼得大帝举行盛大宴会进行庆祝。被俘的瑞典将领也被邀请出席了宴会。彼得大帝面向俘虏们，举起酒杯高声祝酒，他说：“为教会我们打仗的人们的健康干杯！”接着，彼得大帝走向瑞典的雷恩斯科尔德元帅，取下自己的宝剑赠送给他，以表示对这位多次与俄军交战的元帅的敬意，并且还特许元帅随身佩带这柄宝剑！ 俄国大军在彼得大帝的率领下，带着大批俘虏，启程回莫斯科。在路上，彼得大帝就迫不及待地命令瑞典的步兵和骑兵分别在他面前进行操练演习，使他能就近观看瑞典人在战场上是如何用兵的。俘虏们执行了他的命令。彼得大帝认真地观看了演习，并且热情地为俘虏们的表演鼓掌。
在学习别人的先进经验上，彼得大帝是永远不知满足的。