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  早在1700年,大北方戰爭初期對丹麥和俄國的勝利使瑞典退出了戰爭,但卡爾十二世卻並未能將戰爭結束,並且還要於八年後面對剩餘的對手,薩克森-波蘭聯盟。在此期間,彼得大帝想要重建他的軍隊使之成為現代化軍隊,基於這個目標,他首先需要訓練他的步兵能正確地使用火槍。他之後在未來他興建聖彼得堡的地區,利沃尼亞贏得了一場漂亮的勝仗。俄國的做法激怒了卡爾十二世,他之後作了一個無可挽回的錯誤決定,對俄國心臟地帶及莫斯科進行攻擊。  卡爾十二世的大軍起初於1708年攻入俄國,但俄軍一直避免與瑞典軍正面交鋒,並使用他們戰爭時時常對抗入侵者的方法:堅壁清野政策。俄國的夏天寒冷潮溼,難以作地面供應,卡爾要依賴於一隊補給縱隊運輸足夠的食物去維持軍隊應付長期作戰。該隊補給縱隊,在阿登·路德維希·利溫赫特將軍率領下,由11,000人、16門火炮、一群牧牛和一千輛馬車組成,通常在最佳狀態時動作都是非常遲緩的,現時又因路面環境而要減慢至緩慢行進。  由於兩支軍隊之間沒有直接聯絡,卡爾的軍隊只好盡力等待利溫赫特將軍的補給縱隊快些到來。不過在兩支軍隊距離只剩下130 公里遠時,卡爾卻決定放棄,命令軍隊拔營並轉往南方到天氣較好的烏克蘭以搜尋食物。烏克蘭在馬日帕的指揮下,與卡爾談判,並與瑞典正式結盟以爭取從俄國中獨立。  另一方面利溫赫特將軍亦轉往南方並在橫渡鄰近村落一條小河時受到攻擊,爆發了利斯拿雅戰役。縱隊遭遇到俄軍攻擊,他亦對新建的俄軍的強勁作戰能力感到驚訝。利溫赫特將軍欲全速會合卡爾,所以他遺棄了很多火炮、牧牛及大部分的食物,迫使士兵發生動亂。由於偷了酒,士兵們都喝醉了,而利溫赫特將軍被迫遺下1,000名在樹林喝醉了計程車兵。最後他們終於在冬天與卡爾的主力會合,沒有補給並只剩下六千人。  在春天卡爾重新開始進攻,但在冬天因飢餓、凍傷或其它天氣因素而損失了三分一兵力。潮溼的天氣嚴重耗盡了軍隊的供應及火藥;火炮因缺乏炮彈不能作戰。卡爾第一時間的行動就是圍攻在烏克蘭境內禾斯卡拉河畔波爾塔瓦的要塞。彼得大帝早已組織了一支龐大的軍隊保衛要塞,並快速地到達及建立起一條反圍攻的戰線,引誘瑞典軍進入要塞和俄軍之間的陷阱。

  當戰鬥開始時,彼得大帝指揮45,000名士兵進攻,而卡爾十二世麾下大約只有20,000名士兵。而對瑞典軍更不利的是,他們6月17日雖成功圍困了波爾塔瓦,但當卡爾十二世正視察前線基地時,被禾斯卡拉河河堤上的一名俄軍狙擊兵用滑膛槍擊傷腿部,並需要轉由陸軍元帥卡爾·古斯塔夫·雷恩舍爾德指揮。然而他計劃突破俄軍防線並從北方逃脫。  戰役於6月28日黎明之前3時45分開始,瑞軍開始向俄軍防線攻擊。起初,戰役是以傳統的戰爭風格進行,受訓較佳的瑞典軍向俄軍的左翼與中心擠壓,突破了一些俄軍的據點。瑞典軍看來好像持有優勢,不過他們很快便失去了這並不太大的優勢。黎明時分,天氣變得又熱又溼,初升的太陽被火炮與滑膛槍的灰煙弄得模糊。彼得大帝擁有相當多數量的步兵,拖住了擁有火炮的瑞典軍,早上九時,他組織一支25,000名的援軍於防線的中央,俄軍營壘之前展開,由73門重炮支援。由利溫赫特將軍指揮的瑞典軍步兵,嘗試攻擊營壘前的俄軍步兵。但瑞典軍的進攻很快就退下來了,並因差劣的通訊而導致迷失了方向。更不幸的是,一隊合共2600人,由胡斯將軍指揮的瑞典軍分遣隊,在一列俄國4000人援軍縱隊重奪據點後,被俄軍據點包圍。分遣隊傷亡1,000人後,彈藥耗盡,胡斯將軍被迫投降。  在戰場北面,早上10時10分,瑞典軍的進攻被曼斯基哥夫將軍指揮的俄軍騎兵反攻撃潰。瑞典軍右翼的步兵被彼得大帝親率的俄軍中央步兵包圍。10時30分,巴華將軍率領俄軍騎兵再次進攻,攻擊瑞典軍的左翼及後方,於15分鐘內將瑞典軍防線瓦解。看見他的軍隊於後方被打敗,卡爾於11時傳令讓軍隊撤退。中午12時,俄軍騎兵清理於戰場上走散計程車兵後回到俄軍防線,戰事結束。卡爾糾集剩餘的瑞典軍與輜重佇列,同日撤退到南方,放棄圍攻波爾塔瓦。瑞典軍渡過了丹尼亞柏河,但俄軍乘勝追擊,最後瑞典軍被迫於三天後7月1日於皮列禾洛查拿鎮投降。

  戰役中幾千名瑞典戰俘被俄軍調派往建設聖彼得堡,卡爾十二世設法與約1500人逃離往摩爾達維亞的蒂吉納,然後由奧斯曼帝國保護控制,並在回瑞典前曾經歷五年時間的流浪生活。  為何卡爾十二世在俄國嚴冬之後仍然冒險進攻至今仍然是一個謎。不過會戰之後並不是大北方戰爭的結束,戰爭仍持續了十二年。戰爭的結束是俄國在聖彼得堡建立的海軍逼使瑞典退出戰爭。
波爾塔瓦會戰()是俄國彼得大帝的軍隊與瑞典卡爾十二世的軍隊於1709年6月27日(一說7月8日)所發生的一場戰爭,是大北方戰爭中最著名的戰役。俄軍的決定性勝利終止了瑞典成為歐洲列強的時代。