Puolan lyömisen jälkeen Kaarle XII keskittyi Puolan sisäpolitiikkaan ja kahakointiin. Samalla hän valmisteli sotaretkeä Venäjälle, joka kehitti omaa armeijaansa ja laivastoaan nopealla tahdilla Pietari Suuren johdolla. Sotaretkeen ryhdyttiin, mutta huollolliset kysymykset pakottivat Ruotsin armeijan suuntaamaan viljavaan Ukrainaan, jossa Ivan Mazepan johtamat kapinalliset kasakat lupasivat Ruotsille tukea. Ukrainassa Kaarle XII juuttui piirittämään Pultavan kaupunkia, jonka avuksi Venäjän armeijan päävoima saapui. Samaan aikaan Ruotsin armeijan huoltotiet katkesivat, ja sen oli pelastuakseen ryhdyttävä alivoimaisena taisteluun. Pultavan taistelussa Ruotsin armeija tuhoutui, ja Kaarle XII pakeni Osmanien valtakuntaan, jossa hän pyrki taivuttelemaan sulttaania julistamaan sodan Venäjää vastaan.