Trong khi đó, Nga đã tìm cách chiếm hữu một số thị trấn bên bờ biển Baltic. Thay vì cố gắng chiếm lại những thứ này, Charles đã chọn hành quân trực tiếp tới Moscow, nhưng do thời tiết khắc nghiệt, khó khăn về đường tiếp tế và chiến lược tiêu thổ của Nga, ông buộc phải quay về phía Ukraine. Năm 1709, quân đội Thụy Điển bị đánh bại và bị bắt trong Trận Poltava; Charles đã trốn thoát về phía nam đến Bender trong Đế quốc Ottoman. Sau thất bại tại Poltava, Ba Lan và Đan Mạch đã tái tham gia cuộc chiến, cùng với các quốc gia khác muốn có một phần của các tỉnh Thụy Điển. Trong những năm tiếp theo, hầu hết trong số họ đều thất thủ và Nga chiếm nửa phía đông của Thụy Điển (Phần Lan ngày nay).