В марте 1697 года в Западную Европу через Лифляндию было отправлено Великое посольство, основной целью которого было найти союзников против Османской империи. Великими полномочными послами были назначены генерал-адмирал Франц Лефорт, генерал Фёдор Головин, начальник Посольского приказа Прокофий Возницын. Всего в посольство вошло до 250 человек, среди которых под именем урядника Преображенского полка Петра Михайлова находился сам царь Пётр I. Впервые русский царь предпринял путешествие за пределы своего государства.
Пётр посетил Ригу, Кёнигсберг, Бранденбург, Голландию, Англию, Австрию, был намечен визит в Венецию и к папе римскому. Посольство завербовало в Россию несколько сотен специалистов по корабельному делу, закупило военное и прочее оборудование.
Кроме переговоров, Пётр много времени посвятил изучению кораблестроения, военного дела и других наук. Пётр поработал плотником на верфях Ост-Индской компании, при участии царя был построен корабль «Пётр и Павел». В Англии посетил литейный завод, арсенал, парламент, Оксфордский университет, Гринвичскую обсерваторию и Монетный двор, смотрителем которого в то время был Исаак Ньютон. Его интересовали прежде технические достижения стран Запада, а не правовая система. Рассказывают, что посетив Вестминстерский дворец, Пётр увидел там «законников», то есть барристеров, в их мантиях и париках. Он спросил: «Что это за народ и что они тут делают?». Ему ответили: «Это все законники, Ваше Величество». «Законники! — удивился Петр. — К чему они? Во всем моем царстве есть только два законника, и то я полагаю одного из них повесить, когда вернусь домой». Правда, посетив инкогнито английский парламент, где ему перевели выступления депутатов перед королём Вильгельмом III, царь сказал: «Весело слышать то, когда сыны отчества королю говорят явно правду, сему-то у англичан учиться должно».
Великое посольство главной цели не достигло: коалицию против Османской империи создать не удалось из-за подготовки ряда европейских держав к Войне за испанское наследство (1701—1714 годы). Однако благодаря этой войне сложились благоприятные условия для борьбы России за Балтику. Таким образом, произошла переориентация внешней политики России с южного направления на северное.
В июле 1698 года Великое посольство было прервано известием о новом стрелецком мятеже в Москве, который был подавлен ещё до прибытия Петра. По прибытии царя в Москву (25 августа (4 сентября)) начался розыск и дознание, результатом которого явилась единовременная казнь около 800 стрельцов (кроме казнённых при подавлении бунта), а впоследствии ещё нескольких сотен вплоть до весны 1699 года.
Царевна Софья была пострижена в монахини под именем Сусанны (по многим свидетельствам и показаниям, полученным под пытками, стрельцы планировали возвести на престол царевну Софью) и отправлена в Новодевичий монастырь, где провела остаток своей жизни. Та же участь постигла и нелюбимую жену Петра — Евдокию Лопухину, которую насильно отправили в Суздальский монастырь даже вопреки тому, что Патриарх Адриан отказался её постричь. Несмотря на это в тот же период времени Пётр I обсуждал с Патриархом уровень российского образования и утверждал о необходимости широкого и основательного просвещения в России. Патриарх полностью поддержал царя, и эти реформы привели к созданию новой системы образования и открытия в 1724 году Академии Наук.
За 15 месяцев пребывания за рубежом Пётр многое повидал и многому научился. После возвращения царя 25 августа (4 сентября) 1698 года началась его преобразовательная деятельность, направленная вначале на изменение внешних признаков, отличающих старославянский уклад жизни от западноевропейского. В Преображенском дворце Пётр вдруг стал резать бороды вельможам, и уже 29 августа (8 сентября) 1698 года был издан знаменитый указ «О ношении немецкого платья, о бритии бород и усов, о хождении раскольникам в указанном для них одеянии», запретивший с 1 (11) сентября ношение бород:
Я желаю преобразить светских козлов, то есть граждан, и духовенство, то есть монахов и попов. Первых, чтобы они без бород походили в добре на европейцев, а других, чтоб они, хотя с бородами, в церквах учили бы прихожан христианским добродетелям так, как видал и слыхал я учащих в Германии пасторов
Новый 7208-й год по русско-византийскому календарю («от сотворения мира») стал 1700-м годом по юлианскому календарю. Пётр же ввёл и празднование Нового Года 1 января, а не в день осеннего равноденствия, как праздновалось ранее. В его специальном указе было записано:
Поелику в России считают Новый год по-разному, с сего числа перестать дурить головы людям и считать Новый год повсеместно с первого января. А в знак доброго начинания и веселья поздравить друг друга с Новым годом, желая в делах благополучия и в семье благоденствия. В честь Нового года учинять украшения из елей, детей забавлять, на санках катать с гор. А взрослым людям пьянства и мордобоя не учинять — на то других дней хватает.
Кожуховские манёвры (крепостные манёвры русских войск, организованные Петром I со своими сподвижниками у села Кожухова) показали Петру преимущество полков «иноземного строя» перед стрельцами. Азовские походы, в которых участвовали четыре регулярных полка (Преображенский, Семёновский, Лефортовский и Бутырский полк), окончательно убедили Петра в малой пригодности войск старой организации. Поэтому в 1698 году старое войско было распущено, кроме 4 регулярных полков, которые стали основой новой армии.
Готовясь к войне со Швецией, Пётр велел в 1699 году произвести общий рекрутский набор и начать обучение новобранцев по образцу, заведённому у преображенцев и семёновцев. Одновременно было набрано большое количество иноземных офицеров. Войну предполагалось начать с осады Нарвы, поэтому основное внимание уделялось организации пехоты. На создание всей необходимой военной структуры просто не хватало времени. Про нетерпеливость царя ходили легенды — ему не терпелось вступить в войну и в деле проверить свою армию. Управление, службу боевого обеспечения, крепкий обустроенный тыл ещё предстояло создать.