Mazepa fulgte med den svenske hær gjennom den harde vinteren 1708-1709. Om våren begynte man å beleire den ukrainske by Poltava, og den 28. juli fulgte slaget ved Poltava mellom russiske og svenske tropper. Slaget ble vunnet av Russland og satte stopp for Masepas drømmer om et fritt Ukraina. Han flyktet sammen med Karl XII til den tyrkiske by Bender, der han døde den 22. september.