Ett par dagar efter slaget kapitulerade Lewenhaupt med resterna av den karolinska armén (sammanlagt 20 000 inkluderat soldater och icke-stridande) vid byn Perevolotjna, vid vadstället över Dnepr, inför furst Mensjikov och dennes expeditionskår. Kungen, Mazepa och omkring 1 000 man lyckades ta sig över floden och bege sig till Osmanska riket, där Karl XII kom att tills han senare kom att återvända till Sverige i slutet av 1715. Den svenska huvudarmén var därmed förintad och fick till följd att både Danmark-Norge och Sachsen-Polen åter deltog i kriget mot Sverige. Även Hannover och Preussen gick med i alliansen mot Sverige, och tillsammans med Ryssland anföll länderna de svenska besittningarna runt Östersjön. Både Poltavaslaget och kapitulationen kom att markera början på Sveriges slutgiltiga nederlag i kriget.