Самих шведов оставалось к моменту битвы около 19 тыс. человек, остальную часть армии составляли иррегулярные вспомогательные отряды — мазепинцы и волохи. Общая численность армии Карла составляла 30 тыс. штыков и сабель. Не желая тратить шведские части до генеральной битвы, Карл XII, после нескольких неудачных попыток овладеть городом, приказал 5 тысячам запорожцев взять Полтаву, обещая отдать ее на разграбление, а сам, с основными силами, двинулся навстречу армии Петра. В дневнике событий, который вели в штабе Петра, сообщается, что “В первых часах ночи Семеновского полку ундер - офицер, изменив, уехал к шведскому королю и говорил, что в ночь на 27-е число учинил нападение на войско царского величества и тем принудил к баталии, утверждая, что уже 28 числа царь ждет с востока нерегулярное подкрепление в 40 тыс. человек конницы. Изменник прибавил, что, когда подкрепление придет, то до генеральной баталии не допустят и всю армию его королевскую могут по рукам разобрать”. Сражение Карл наметил на 29 июня, но, поверив перебежчику, он решил опередить события.

В ночь с 26 на 27 июня, шведам приказали выстроиться, перед строем медленно пронесли носилки, на которых полусидел - полулежал король. Карл говорил солдатам, что надеется на их знаменитую храбрость, он объявил, что, так как сидеть верхом ему тяжело, он назначает главнокомандующим Реншильда. В два часа ночи Реншильд дал команду двигаться к лагерю Петра. Приблизившись к русским позициям, шведы услышали стук топоров, – русские достраивали редуты. Вслед за этим раздался грохот взрывов, артиллерия Петра начала обстрел приближающихся войск. Реншильд дал приказ атаковать редуты, — и шведская кавалерия, а за ней и пехота бросилась в бой. Врагу удалось ворваться в передовые редуты. Петр, наблюдавший за битвой с последней линии укреплений, решил отступить. В этой ситуации Меньшиков, дерзнул ослушаться царя. Он успокоил его и сообщил, что если бы шведская пехота не помогла кавалерии, “то вся неприятельская кавалерия была бы порублена”. Да и отступать было поздно, слишком уж сблизились противники и “ежели сказать направо крутом, то тем придается дерзости неприятелю”, который сейчас же начнет преследовать прямо в тыл и справиться с ним будет невозможно”. Меншиков не только отказался выполнить царский приказ, но и набрался наглости просить Петра о подкреплении. Петр отказал, а в это время на поле полтавской битвы уже началась схватка русской и шведской кавалерии. Шведская пехота бросилась захватывать редуты, и к пяти часам утра ей удалось захватить два недостроенных. Остальные редуты шведы взять не смогли. Русские в разгаре боя вторглись в неприятельскую линию и потеснили шведскую кавалерию, взяв у шведов “четырнадцать штандартов и знамен”. Генерал Ренне был ранен, под Меншиковым были убиты две лошади. Петр снова потребовал, чтобы Меншиков прервал бой, и отступил. Тот опять игнорировал приказ царя; случай беспрецедентный в военной истории; трудно сказать, что бы сделал Петр со своим фаворитом, в случае поражения. Меншиков “всепокорнейше” доносил через присланного Петром генерал - адъютанта, что если оставить редуты “без сикурсу”, то шведы завладеют и остальными. А если продолжать бой за редуты, то неприятельская кавалерия через поперечную линию шести редутов не пройдет. Редуты действительно разделили атакующих, после чего шведов постигла первая неудача. Русской кавалерии удалось отрезать авангард от основной армии; шесть батальонов пехоты и несколько эскадронов конницы, бросились в близлежащий лес. Основная же часть шведской кавалерии, вместе с пехотой, сцепилась с русскими драгунами, не имевшими поддержки инфантерии. Петр снова приказал отступить на правый фланг, чтобы дать время вывести из ретраншемента пехоту. Генерал - поручик Боур успешно осуществил этот маневр, а шведы, увлекшись преследованием, оказались между двух огней, так как ретраншемент оказался у них с фланга. Левенгаупт поспешил на помощь шведской коннице, но был отбит прицельным огнем артиллерии, защищавшей ретраншемент. Кавалерия шведов после этого прекратила свое наступление и отступила. После ликвидации угрозы, Петр послал Меншикова и генерал - лейтенанта Ренцеля с пятью полками конницы и пятью батальонами пехоты в лес, где скрылись недобитые силы шведов. После краткого боя бежавшие в лес шведы предпочли сложить оружие. Первым сдался генерал - майор Шлиппенбах. Генерал-майор Роос попытался выбраться из леса, его отряд успел добежать к своим редутам. Русские, однако, преследуя его по пятам, окружили эти редуты. Вскоре к Роосу явился русский барабанщик, передавший категорическое требование: немедленно сдаться! Роос просил отсрочки. Ему дали на размышление полчаса, после чего “генерал - майор со всеми при нем бывшими, из редут вышед, ружье положили и на дискрецию сдались”.

После этого в битве наступило почти трехчасовое затишье. Петр, видя, что шведы более не атакуют и, не слыша выстрелов вражеской артиллерии, понял, что шведы выдохлись, и инициатива теперь перешла к нему. В шатер царя вошел фельдмаршал Шереметев в сопровождении всего генералитета. Было начало шестого утра, когда царь, фельдмаршал и генералы вышли из шатра, и Петр, сев на коня, начал объезжать пехоту и артиллерию. Царь начал смотр пехотных полков и артиллерии перед решающим сражением.

Во время этого смотра Петр поделился с Шереметевым следующим соображением: у шведов. 34 полка, у русских — 47 и “ежели вывесть все полки, то неприятель увидит великое излишество и в бой не вступит, но пойдет на убег”. Петр решил “не пугать” неприятеля и держать в резерве в ретраншементе шесть полков: Гренадерский, Лефортовский, Ренцелев, Троицкий, Ростовский и Апраксина и, кроме того, три батальона послать к монастырю для установления связи с Полтавой. Когда приказ Петра был объявлен резервным полкам, то солдаты стали упрашивать царя, чтобы он “повелел им вытти и быть в баталии”. Петр обратился к солдатам с разъяснением: “Неприятель стоит близ лесу и уже в великом страхе; ежели вывесть все полки, то не даст бою и уйдет: того ради надлежит и из прочих полков учинить убавку, дабы через свое умаление привлечь неприятеля к баталии”.

В седьмом час утра, Петр приступил к осуществлению генерального плана и вывел сорок один батальон пехоты из лагеря, построил их двойными шеренгами и укрепил по флангам конными полками (слева Меншиков с 6 драгунскими полками, справа генерал - лейтенант Боур с 18 драгунскими полками). Конница Волконского и казаки Скоропадского обязаны были вступить в дело, лишь в случае попытки неприятеля…. сбежать с поля битвы. Карла обложили как волка, при этом шведы, в течение трех часов, ничего не предпринимали и тупо наблюдали, как Петр готовит свою армию к решающей битве.

В конце концов, Карл, видя, что их ожидает одинаковая по численности армия, отдал приказ идти на сближение. Петр обращается к своим солдатам: “За отечество принять смерть весьма похвально, а страх смерти в бою вещь всякой хулы достойна”, и отдает приказ идти навстречу приближавшимся шведам. Когда войска двинулись, Петр остановил коня и сказал, обращаясь к Шереметеву: “Господин фельдмаршал, вручаю тебе мою армию, изволь командовать и ожидать приближения неприятеля на сем месте”. Сам же Петр решил принять непосредственное командование над первой дивизией и поскакал к ней.

Первый шведский натиск был необычайно силен и направлен преимущественно в одну точку -- на первый батальон Новгородского полка. В русской же армии в этот момент еще не все знали, что перебежчик сообщил шведам, что полк, одетый в серые мундиры, состоит из одних новобранцев, и враг решил ударить в самое слабое звено. Петр же, словно предчувствовал это, и приказал еще 26 июня переодеть в серые мундиры один из лучших своих полков — Новгородский. На стоявший впереди первый батальон новгородцев были направлены сомкнутые строем два шведских батальона разом. Шведы вломились, ощетинившись штыками в ряды новгородцев. Не смотря на двойное превосходство в численности, новгородцы выстояли, а артиллерия русских “чистила” ряды Упландского, Кальмарского, Иончепингского, Ниландского полков, и королевской гвардии. По утверждению шведских участников боя, больше половины боевого состава этих полков было истреблено русским орудийным и ружейным огнем, а затем рассеяно в штыковом бою. Убивать старались, прежде всего, офицеров перечисленных отборных полков, которых отличали по мундирам. Ядро ударило в носилки короля, он свалился, но был поднят солдатами и положен на скрещенные пики. Стало ясно, что битва проиграна, генералы хотели лишь сохранить порядок при отступлении и не поддаться панике. Фельдмаршал Реншильд, однако, бросился к королю и закричал еще издали: “Ваше величество, наша пехота погибла! Спасайте короля!”, не понимая, что этим криком он вселяет панику в сердца солдат и сводит на нет попытки Левенгаупта и уцелевших офицеров поддержать дух сражающихся. Солдат охватывает паника; начинается бегство. 24 солдата, находившихся у носилок Карла, и сменявших друг друга, были убиты. Обезумевший Карл, видя, как шведы бегут, лишь кричал, в отчаянии простирая руки: “Шведы! Шведы!”.... Несколько офицеров взгромоздили его на лошадь и погнали ее из страшной сечи. Шведы уже не слушали приказаний, да их, вскоре, и перестали отдавать. Фельдмаршал Реншильд, граф Пипер сдались, другие (Аксель Спарре, Гилленкрок, Левенгаупт) бежали вместе с королем на юг. Лишь несколько десятков человек переправились через Днепр, и ушли в Яссы.

Драгуны и казаки врубались в кучки беглецов, искавших спасения в лагере, в окрестных лесах и полях. Кто не успевал вовремя поднять руки, подвергался немедленному уничтожению. Смертельная опасность для бегущих шведов усиливалась тем, что бежать по направлению к своему лагерю приходилось мимо тех же русских редутов, сыгравших тормозящую роль в утренние часы сражения. Теперь из этих редутов летели пули в беглецов… Русская кавалерия стала окружать шведов с флангов; добивать противника бросились все, кому не лень. Шведская армия была лучшей в Европе, но страх и паника уничтожили и дисциплину, и храбрость, и опытность в военном деле.

К 11 часам все было кончено. Вскоре в шатер Петра привели пленных шведских генералов. “Князь Меншиков пленным объявил, чтоб шпаги его царскому величеству, яко победителю, приносили. Первый граф Пипер, встав на колени и вынув шпагу, держал в руках; великий государь повелел принять генералу князю Меншикову.., который по повелению его. царского величества принимал шпаги у всего генералитета и у князя Вюртембергского, а от штаб- и обер-офицеров принимал генерал Алларт. По отобрании шпаг, его царское величество спрашивал фельдмаршала Реншильда о здравии королевском, который его царскому величеству доносил, что король государь его за четверть часа прежде окончания баталии от повреждения раны в ноги в великой болезни изволил отбыть от армии, поруча оную в правление ему фельдмаршалу. Великий государь фельдмаршала Реншильда за то его объявления о здравии королевского величества Карла пожаловал шпагою российскою”.