Karl menolak untuk menyerah kepada Polandia atau kembali ke Swedia, sehingga dia kemudian menyerang Ukraina. Pyotr menarik pasukannya ke selatan dan melakukan taktik bumi hangus untuk menghancurkan segala sesuatu yang mungkin dapat digunakan pihak Swedia untuk memperkuat mereka. Ketidakmampuannya untuk mengambil perbekalan dari kawasan setempat membuat Swedia harus menahan serangan mereka pada musim dingin 1708–1709. Pada musim panas 1709, Swedia kembali berusaha untuk menduduki Ukraina yang berpuncak pada Pertempuran Poltava pada 27 Juni. Perang ini merupakan kekalahan telak bagi Swedia, mengakhiri usaha Karl untuk menduduki Ukraina dan memaksanya untuk mencari perlindungan di Kekaisaran Utsmaniyah. Kemenangan ini mengubah pandangan orang-orang yang mulanya menganggap angkatan bersenjata Rusia tidak kompeten. Di Polandia, August II diangkat kembali menjadi raja.