В октябре 1708 года Петру I стало известно об измене и переходе на сторону Карла XII гетмана Мазепы, который вёл с королём переговоры довольно долго, обещая ему, в случае прибытия на Украину, до 50 тысяч казацкого войска, продовольствие и удобную зимовку. 28 октября 1708 года Мазепа во главе отряда казаков прибыл в ставку Карла. Именно в этот год Петром I был амнистирован и отозван из ссылки (обвиненный в предательстве по наветам Мазепы) украинский полковник Семён Палий (настоящая фамилия Гурко) ; тем самым государь России заручился поддержкой казачества.
Весной 1709 г. Карл XII, находясь со своей армией на территории России, решил возобновить наступление на Москву через Харьков и Белгород. Силы его армии значительно уменьшились и составляли 35 тыс. человек. Стремясь создать выгодные предпосылки для наступления, Карл решает быстро овладеть Полтавой, расположенной на правом берегу Ворсклы.
30 апреля шведские войска начали осаду Полтавы. Под руководством полковника А. С. Келина её гарнизон в составе 4,2 тыс. солдат (Тверской и Устюжский солдатские полки и по одному батальону ещё от трёх полков — Пермского, Апраксина и Фехтенгейма) , 2 тыс. казаков Полтавского казачьего полка (полковник Иван Левенец) и 2,6 тыс. вооружённых горожан успешно отбил ряд штурмов. С апреля по июнь шведы предприняли 20 штурмов Полтавы и потеряли под её стенами более 6 тысяч человек. В конце мая к Полтаве подошли главные силы русской армии во главе с Петром. Они расположились на противоположном от Полтавы левом берегу реки Ворсклы. После того как 16 июня на военном совете Пётр решился на генеральное сражение, в этот же день передовой отряд русских форсировал Ворсклу севернее Полтавы, у деревни Петровка, обеспечив возможность переправы всей армии.
19 июня главные силы русских войск совершили марш к переправе и на следующий день перешли Ворсклу. Пётр I расположил армию лагерем у деревни Семёновка. 25 июня русская армия передислоцировалась ещё южнее, заняв позицию в 5 километрах от Полтавы, у деревни Яковцы. Общая численность двух армий впечатляла: русская армия насчитывала 60 тыс. солдат и 102 артиллерийских орудия. Карл XII располагал до 37 тыс. солдат (в том числе до десяти тысяч запорожских и украинских казаков гетмана Мазепы) и 41 орудием (30 пушек, 2 гаубицы, 8 мортир и 1 дробовик) . Непосредственно в Полтавском сражении принимало участие меньшее количество войск. С шведской стороны около 8 000 пехоты (18 батальонов) , 7 800 кавалерии и около 1 000 нерегулярной кавалерии, а с русской стороны — около 25 000 пехотинцев, часть из которых, даже присутствуя на поле, не принимали участие в сражении. Кроме этого, с русской стороны в бою участвовали конные подразделения численностью 9 000 драгунов, калмыков и казаков (в том числе украинских, верных Петру) . С русской стороны в бою были задействованы 73 артиллерийских орудия против 4 шведских. Заряды для шведской артиллерии были почти полностью израсходованы за дни осады Полтавы.
26 июня русские начали строить передовую позицию. Было возведено десять редутов, которые заняли два батальона Белгородского пехотного полка полковника Саввы Айгустова под командой подполковников Неклюдова и Нечаева. Позади редутов находились 17 кавалерийских полков под командованием А. Д. Меншикова.
Карл XII, получив сведения о скором подходе к русским крупного калмыцкого отряда, решил атаковать войско Петра до того, как калмыки совсем нарушат его коммуникации (к шведам подослали якобы перебежчика из немцев. Он сообщил, что к царю Петру не сегодня — завтра на помощь подойдет отряд калмыцкой конницы численностью 18 тыс. сабель [5]). Получивший ранение во время рекогносцировки 17 июня, король передал командование фельдмаршалу К. Г. Реншильду, получившему в своё распоряжение 20 тыс. солдат. Около 10 тыс. человек, в том числе и казаки Мазепы, остались в лагере под Полтавой.