Infolge der Bündnisse, die Peter in Westeuropa schloss, trat Russland 1700 in den Großen Nordischen Krieg ein. Das Ziel war die Eroberung des 1617 verloren gegangenen Zugangs zur Ostsee. Die empfindliche Niederlage von Narva gegen die damalige Großmacht Schweden verdeutlichte einmal mehr die Notwendigkeit umfassender Reformen in der Armee, die Peter sofort begann. Bereits 1703 eroberten die Russen die Mündung der Newa, wo die neue Hauptstadt Sankt Petersburg angelegt wurde, die als „Fenster nach Europa“ dienen sollte. Auf dem vom Zugriff der Schweden geschützten Ladogasee ließ Peter die russische Ostseeflotte aufbauen. In der Schlacht von Poltawa 1709 errang die reformierte russische Armee einen entscheidenden Sieg über die Schweden, weitere Erfolge folgten in mehreren Seeschlachten an der Ostsee. Durch den Frieden von Nystad im Jahr 1721 erhielt Russland das Baltikum und löste Schweden als vorherrschende Macht im Ostseeraum ab. Im selben Jahr ließ Peter sein Land in Russisches Kaiserreich ("Rossijskaja Imperija") umbenennen und nahm den Titel eines Kaisers ("Imperator") an.