В течение зимы 1708—1709 гг. русские войска, избегая генерального сражения, изматывали силы шведских захватчиков в отдельных боях и столкновениях. Весной 1709 г. Карл XII решил возобновить наступление на Москву через Харьков и Белгород. С целью создания выгодных условий для проведения этой операции предусматривалось вначале овладеть Полтавой.
Гарнизон города под командованием коменданта полковника А.С. Келина насчитывал всего 4,2 тыс. солдат и офицеров, которых поддерживали около 2,5 тыс. вооруженных горожан, подошедшая к городу кавалерия генерал-поручика А.Д. Меншикова и украинские казаки. Они героически обороняли Полтаву, выдержав 20 штурмов. В результате шведская армия (35 тыс. человек) была задержана под стенами , города на два месяца, с 30 апреля по 27 июня 1709 г. Стойкая оборона города дала возможность русской армии подготовиться к генеральному сражению.
Петр I во главе русской армии (42,5 тыс. человек) расположился в 5 км от Полтавы. Перед позицией русских войск простиралась широкая равнина, ограниченная лесами. Слева находился перелесок, через который проходил единственно возможный путь для наступления шведской армии. Петр I Приказал на этом пути построить редуты (шесть в линию и четыре перпендикулярно). Они представляли собой четырехугольные земляные укрепления со рвами и брустверами, располагались один от другого на расстоянии 300 шагов. В каждом из редутов располагалось по два батальона (свыше 1200 солдат и офицеров с шестью полковыми пушками). За редутами находилась конница (17 драгунских полков) под командованием Д.Д. Меншикова. Замысел Петра I состоял в ТОМ, чтобы, измотав шведские войска на редутах, нанести им затем сокрушительный удар в полевом сражении. В Западной Европе тактическое новшество Петра I было применено лишь в 1745 г.
Шведская армия (30 тыс. человек) была построена фронтом на расстоянии 3 км от русских редутов. Ее боевой порядок состоял из двух линий: первая — пехота, построенная в 4 колонны; вторая — конница, построенная в 6 колонн.
Ранним утром 27 июня шведы перешли в наступление. Им удалось захватить два недостроенных передовых редута, но взять остальные они не смогли. Во время прохода шведов через редуты 6 батальонов пехоты и 10 эскадронов кавалерии были отрезаны от главных сил и пленены русскими. С большими потерями шведской армии удалось прорваться через редуты и выйти на открытое место.
Петр I также вывел из лагеря войска (за исключением 9 батальонов резерва), которые приготовились к решающей битве. В 9 часов утра обе армии сошлись, и началась рукопашная схватка. Правое крыло шведов стало теснить центр боевого построения русских войск. Тогда Петр I лично повел в бой батальон Новгородского полка и закрыл намечавшийся прорыв. Русская конница начала охватывать фланг шведов, угрожая их тылу. Противник дрогнул и стал отступать, а затем обратился в бегство. К 11 часам Полтавская битва окончилась убедительной победой русского оружия. Противник потерял 9234 солдата и офицера убитыми, 19811 пленными. Потери русских войск составили 1345 человек убитыми и 3290 человек ранеными. Остатки шведских войск (более 15 тыс. человек) бежали к Днепру и были пленены конницей Меншикова. Карл XII и гетман Мазепа сумели переправиться через реку и уйти в Турцию.
На Полтавском поле была уничтожена большая часть шведской армии. Могущество Швеции оказалось подорванным. Победа русских войск под Полтавой предопределила победоносный для России исход Северной войны. Швеция не смогла уже оправиться от нанесенного поражения.
В военной истории России Полтавское сражение по праву стоит в одном ряду с Ледовым побоищем, Куликовской битвой и Бородино.
Согласно Федеральному закону «О днях воинской славы (победных днях) России» от 13 марта 1995 г. 10 июля отмечается в Российской Федерации как День победы русской армии под командованием Петра Первого над шведами в Полтавском сражении.