После поражения в Полтавской битве шведский король Карл XII укрылся во владениях Османской империи, городе Бендеры. Пётр I заключил договор с Турцией о выдворении Карла XII с турецкой территории, однако затем шведскому королю позволили остаться и создавать угрозу южной границе России при помощи части украинского казачества и крымских татар. Добиваясь высылки Карла XII, Пётр I стал угрожать войной Турции, но в ответ 20 ноября (1 декабря) 1710 года султан сам объявил войну России. Действительной причиной войны явились захват русскими войсками Азова в 1696 году и появление русского флота в Азовском море.
Война со стороны Турции ограничилась зимним набегом крымских татар, вассалов Османской империи, на Украину. Россия повела войну на 3 фронта: войска совершили походы против татар на Крым и на Кубань, сам Пётр I, опираясь на помощь правителей Валахии (историческая область, расположенная на юге современной Румынии, между Карпатами и Дунаем) и Молдавии, решил совершить глубокий поход до Дуная, где надеялся поднять на борьбу с турками христианских вассалов Оттоманской империи.
6 (17) марта 1711 года Пётр I выехал к войскам из Москвы с верной подругой Екатериной Алексеевной, которую повелел считать своей женой и царицей (ещё до официального венчания, произошедшего в 1712). Армия перешла границу Молдавии в июне 1711, но уже 20 (31) июля 1711 года 190 тысяч турок и крымских татар прижали 38 тысячную русскую армию к правому берегу реки Прут, полностью окружив её. В, казалось бы, безвыходной ситуации Петру удалось заключить с великим визирем Прутский мирный договор, по которому армия и сам царь избежали пленения, но взамен Россия отдала Азов Турции и потеряла выход к Азовскому морю.
С августа 1711 года боевых действий не велось, хотя в процессе согласования окончательного договора Турция несколько раз угрожала возобновить войну. Только в июне 1713 года был заключён Адрианопольский мирный договор, который в целом подтвердил условия Прутского соглашения. Россия получила возможность продолжать Северную войну без 2-го фронта, хотя и потеряла завоевания Азовских походов.
Экспансия России на восток при Петре I не прекращалась. В 1716 году экспедиция Бухгольца на месте слияния Иртыша и Оми основала Омск, выше по течению Иртыша: Усть-Каменогорск, Семипалатинск и другие крепости. В 1716—1717 годах в Среднюю Азию был отправлен отряд Бековича-Черкасского с целью склонить хивинского хана к подданству и разведать путь в Индию. Однако русский отряд был уничтожен ханом и план завоевания среднеазиатских государств не был осуществлён при его правлении. В правление Петра I была присоединена к России Камчатка. Пётр запланировал экспедицию через Тихий Океан в Америку (собираясь основать там русские колонии), но осуществить задуманное не успел.
Наиболее крупным внешнеполитическим мероприятием Петра после Северной войны был Каспийский (или Персидский) поход в 1722—1724 годах. Условия для похода создались в результате персидских междоусобиц и фактического распада некогда мощного государства.
18 (29) июля 1722, после обращения за помощью сына персидского шаха Тохмас-мирзы, из Астрахани по Каспию отплыл 22-тысячный русский отряд. В августе сдался Дербент, после чего русские из-за проблем с провиантом вернулись в Астрахань. В следующем 1723 году был завоёван западный берег Каспийского моря с крепостями Баку, Рештом, Астрабадом. Дальнейшее продвижение было остановлено угрозой вступления в войну Османской империи, которая захватывала западное и центральное Закавказье.
12 (23) сентября 1723 года был заключён Петербургский договор с Персией, по которому в состав Российской империи включалось западное и южное побережье Каспия с городами Дербент и Баку и провинциями Гилян, Мазендеран и Астрабад. Россия и Персия также заключили оборонительный союз против Турции, который, однако, оказался недействующим.
По Константинопольскому договору от 12 (23) июня 1724 года Турция признавала все приобретения России в западной части Каспийского моря и отказывалась от дальнейших притязаний на Персию. Стык границ между Россией, Турцией и Персией был установлен на месте слияния рек Аракс и Кура. В Персии смута продолжалась, и Турция оспорила положения Константинопольского договора прежде, чем граница была точно установлена.
Следует отметить, что вскоре после смерти Петра эти владения были потеряны в связи с высокими потерями гарнизонов от болезней, и, на взгляд царицы Анны Иоанновны, бесперспективностью региона.
После победы в Северной войне и заключения Ништадтского мира в сентябре 1721 года Сенат и Синод решили преподнести Петру титул императора всероссийского со следующей формулировкой: «как обыкновенно от римского сената за знатные дела императоров их такие титулы публично им в дар приношены и на статутах для памяти в вечные роды подписываны.»
22 октября (2 ноября) 1721 года Пётр I принял титул, не просто почётный, но свидетельствующий о новой роли России в международных делах. Пруссия и Голландия немедленно признали новый титул русского царя, Швеция в 1723, Турция в 1739, Англия и Австрия в 1742, Франция и Испания в 1745 и, наконец, Польша в 1764 году.
Секретарь прусского посольства в России в 1717—1733 гг., И.-Г. Фоккеродт, по просьбе Вольтера, работавшего над историей царствования Петра, написал воспоминания о России при Петре. Фоккеродт попытался оценить численность населения Российской империи к концу царствования Петра I. По его сведениям количество лиц податного сословия составляло 5 миллионов 198 тысяч человек, откуда число крестьян и горожан, включая лиц женского пола, оценивалось примерно в 10 млн. Много душ было утаено помещиками, повторная ревизия увеличила число податных душ до почти 6 млн человек. Русских дворян с семействами считалось до 500 тыс.; чиновников до 200 тыс. и духовных лиц с семьями до 300 тыс. душ.
Жители покорённых областей, не состоящие под поголовною податью, составляли по оценке от 500 до 600 тысяч душ. Казаков с семействами на Украине, на Дону и Яике и в пограничных городах считалось от 700 до 800 тысяч душ. Численность сибирских народов была неизвестна, но Фоккеродт положил её до миллиона человек.
Таким образом, население Российской империи составляло до 15 миллионов подданных и уступало в Европе по численности только Франции (около 20 млн).
По подсчётам советского историка Ярослава Водарского, численность мужчин и детей мужского пола выросла с 1678 по 1719 г. с 5,6 до 7,8 млн. Таким образом, если принять число женщин примерно равным числу мужчин, общая численность населения России за этот период выросла с 11,2 до 15,6 млн.