发起了猛烈进攻。由于俄军内部号令不一、组织混乱，尽管人数占据绝对优势，但依然难以抵挡瑞典军队的攻势。最终，俄军全线崩溃，几乎全军覆没，超过1.5万名俄军士兵战死，而瑞典方面仅损失了667人。这场惨败不仅让俄国几乎陷入了灭顶之灾，也震惊了整个欧洲。
面对如此沉重的打击，彼得一世并没有灰心丧气。他从失败中深刻认识到俄国军队的软弱涣散和装备的落后。利用瑞典军队深陷波兰战事的有利时机，彼得一世开始大刀阔斧地进行军事改革。他大规模征集新兵，并对他们进行严格的火枪使用训练。同时，他还派遣贵族子弟前往国外学习先进的军事技术和理论，并在国内开设各类军事学校，培养新型军事人才。彼得一世非常重视军官的选拔和任命，他根据才能提拔军官，确保军队的指挥系统更加高效。此外，他还亲自主持制定了许多规章制度和军事条令，使俄军的战斗力迅速提升。
为了弥补上一次战争中军械的损失，彼得一世命令全国每三个教堂交出一口铜钟用于铸造大炮。仅仅一年时间，俄国就铸造了300门大炮，极大地增强了俄军的火力。经过这一系列改革，俄军逐渐成为俄国历史上空前强大的军队。
1702年，彼得一世抓住瑞典军队主力远征波兰、波罗的海沿岸防务空虚的良机，率领大军直奔涅瓦河口，先后攻克了瑞军坚守的诺特堡和宁尚茨堡。这一系列胜利使得涅瓦河流域全部落入俄军手中，俄国在波罗的海的出海口梦想终于得以实现。
1703年5月，彼得一世在涅瓦河口开始兴建彼得堡和克琅施塔得要塞，这两座要塞不仅为俄国提供了一个重要的海上基地，也成为日后俄国北方舰队的中心。
1708年初，瑞典国王卡尔十二世率大军大举进攻俄国。面对来势汹汹的瑞典军队，彼得一世采取了灵活的战略，他命令俄军实施战略退却，同时坚壁清野，以小部队不断袭扰、消耗和疲惫瑞典军队。到了秋天，卡尔十二世为了争取乌克兰的支持，决定南下进攻乌克兰境内的波尔塔瓦要塞，却将离自己只有100公里的后援部队孤立在后方。彼得一世抓住这一机会，亲率俄军发动进攻，成功歼灭了9000余名瑞典士兵，并缴获了大量火炮和辎重。
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1709年6月28日凌晨2时，俄国与瑞典在波尔塔瓦展开了决定性的战役。瑞典参战兵力约2万人，而俄军兵力约为瑞典的两倍，拥有上百门火炮。在战斗中，彼得一世亲临前线指挥，成功稳住了局势。随后，俄军步兵开始反击，骑兵则包围了瑞典军的两翼。到中午时，瑞典军队开始撤退，最终演变成溃逃。瑞典残部在撤退过程中被俄军追击，被迫投降。此役，瑞典军队被击毙9000余人，被俘1.8万余人，损失火炮32门和全部辎重，而俄军战死1345人，伤3290人。波尔塔瓦战役不仅决定了北方战争的最终结局，也彻底终结了瑞典作为欧洲强国的历史
1711年夏季，彼得一世率军南征奥斯曼帝国，意图进一步扩大俄国的影响力。然而，这次军事行动并不顺利。在普鲁特河畔，俄国军队陷入了奥斯曼帝国和克里米亚汗国联军的重重包围之中。由于弹尽粮绝，彼得一世不得不向敌人求和。7月12日，双方签订了《普鲁特和约》。根据条约，俄国必须将亚速及其附近地区归还给奥斯曼帝国，拆除塔干洛格和第聂伯河上的要塞，并允许卡尔十二世安全通过俄国回国。虽然这次失败对俄国的士气造成了打击，但彼得一世并没有放弃他的扩张野心。
《普鲁特和约》签订后，彼得一世调整了战略方向，将主要的军事行动集中在芬兰，试图逐步将战场推进至瑞典本土。1712年至1714年间，俄军在芬兰取得了显着进展。他们先后占领了赫尔辛福斯（今赫尔辛基）、亚波、瓦