Da die livländische Armee faktisch vernichtet war, konnte Peter darangehen, die territorialen Voraussetzungen für sein eigentliches Kriegsziel, die Gründung eines Ostseehafens, zu schaffen. Feldmarschall Boris Scheremetjew führte nach dem siegreichen Feldzug die russische Armee nordwärts gegen den Ladogasee und das Newaumland, da dort die Ostsee am weitesten an russisches Gebiet heranreichte und für die Errichtung eines Hafens geeignet erschien. Dieses Gebiet war von den schwedischen Festungen Nöteborg und Kexholm sowie einer kleinen Kriegsflotte auf dem Ladogasee gesichert, die bisher alle russischen Vorstöße unterbunden hatte. Um dieser Bedrohung entgegenzutreten, ließ Peter I. am südöstlichen Strandabschnitt des Ladogasees in der Nähe von Olonetz eine Schiffswerft errichten, die in der Folgezeit eine kleine russische Kriegsflotte baute. Mit ihr konnten die schwedischen Schiffe bis zur Festung Wyborg zurückgedrängt und weitere Aktionen der Schweden auf dem See verhindert werden. Danach wandten sich die Russen gegen die Festung Nöteborg, die auf einer Insel in der Newa an der Mündung zum Ladogasee lag und den Fluss und den See schützte. Ende September begann die Belagerung Nöteborgs durch eine 14.000 Mann starke russische Armee unter Führung von Feldmarschall Scheremetjew. Die Schweden versuchten von Finnland aus die Festung zu entsetzen, doch eine 400 Mann zählende schwedische Verstärkung konnte von den Belagerern zurückgeschlagen werden. Am 11. Oktober 1702 eroberten die Russen die zuletzt nur noch von 250 Mann gehaltene Zitadelle. Durch die Einnahme von Nöteborg kontrollierte Peter nun den Ladogasee, die Newa, den Finnischen Meerbusen und Ingermanland. Wegen der strategischen Bedeutung der Festung änderte der Zar ihren Namen in "Schlüsselburg".