Война со шведами. В сентябре 1699 года в Москву приехал польский посол Карловиц и предложил Петру от имени Польши и Дании военный союз против Швеции. В ноябре договор был заключен. Однако, в ожидании мира с Турцией, Петр не вступал в уже начавшуюся войну. 18 августа 1700 года было получено известие о заключении 30-летнего перемирия с Турцией.
Царь рассудил, что Балтийское море для выхода на Запад важнее, нежели Черное. 19 августа 1700 года Петр объявил войну Швеции (Северная война 1700-1721). Война, главной целью которой было закрепление России на Балтике, началась с поражения русской армии под Нарвой в ноябре 1700 года. Однако этот урок пошел Петру впрок: он понял, что причина поражения прежде всего в отсталости русской армии, и с еще большей энергией принялся за ее перевооружение и создание регулярных полков, сперва путем сбора "даточных людей", а с 1705 с помощью введения рекрутской повинности.
Началось строительство металлургических и оружейных заводов, поставлявших для армии высококачественные пушки и стрелковое оружие. Множество церковных колоколов было перелито на пушки, а на конфискованное церковное золото закуплено оружие за границей. Петр собрал огромную армию, поставив под ружье крепостных крестьян, дворян и монахов, и в 1701-1702 вплотную подступил к важнейшим портовым городам восточной Балтики.
В 1703 его войско захватило болотистую Ингерманландию (Ижорскую землю), и там 16 мая, в устье реки Невы на острове переименованным Петром из Янни-Саари в Люст-Эйланд (Веселый остров), была заложена новая столица, названная в честь апостола Петра Санкт-Петербургом. Этот город по замыслу Петра должен был стать образцовым городом-"парадизом" . В эти же годы Боярскую думу сменила состоявшая из членов ближайшего окружения царя Консилия министров, наряду с московскими приказами в Петербурге создавались новые учреждения.
Шведский король Карл XII воевал в глубине Европы с Саксонией и Польшей и пренебрегал угрозой со стороны России. Петр не терял времени: в устье Невы возводились крепости, на верфях, оборудование для которых было привезено из Архангельска, строились корабли, и вскоре на Балтийском море возник мощный российский флот. Русская артиллерия после коренного ее преобразования сыграла решающую роль при взятии крепостей Дерпт (ныне Тарту, Эстония) и Нарва (1704). В гавани близ новой столицы появились голландские и английские корабли.
В 1704-1707 царь прочно закрепил русское влияние в Курляндском герцогстве. Шведский король Карл XII Карл XII, заключив в 1706 мир с Польшей, предпринял запоздалую попытку сокрушить российского соперника. Он перенес войну из Прибалтики в глубь России, намереваясь взять Москву. Поначалу его наступление шло успешно, однако отступавшая русская армия обманула его хитрым маневром и нанесла серьезное поражение у Лесной (1708). Карл повернул к югу, и 27 июня 1709 года его армия была полностью разгромлена в битве под Полтавой.
На поле боя осталось до 9000 убитых, а 30 июня оставшаяся в живых часть армии (16 тысяч солдат) сложила оружие. Победа была полной - одна из лучших армий того времени, девять лет наводившая ужас на всю Восточную Европу, перестала существовать. В погоню за бежавшим Карлом XII Петр отправил два драгунских полка, но он успел бежать в турецкие владения. После совета под Полтавой фельдмаршал Шереметев отправился осаждать Ригу, а Меньшиков, также пожалованный в фельдмаршалы, отправился в Польшу - воевать против ставленника шведов Лещинского, провозглашенного вместо Августа польским королем.
Сам Петр отправился в Польшу и Германию, возобновил союз с Августом и заключил оборонительный союз против Швеции с прусским королем. 12 июня 1710 года Апраксин взял Выборг, 4 июля Шереметев захватил Ригу, а 14 августа капитулировал Пернов. 8 сентября генерал Брюс вынудил к сдаче Кексгольм (древнерусскую Карелу), таким образом завоевание Карелии было завершено.
Наконец, 29 сентября пал Ревель. Лифляндия и Эстляндия были очищены от шведов и перешли под власть России.