Одновременно русские войска и казаки полковника Галагана заняли Запорожскую Сечь и уничтожили там запасы, приготовленные сторонником Мазепы кошевым атаманом Гордиенко, который привёл под Полтаву к шведам обманутых им запорожцев, большинство которых вскоре разбежалось. Полки гетмана Скоропадского заняли переправы на реках Псёл и Хорол и уничтожили переправочные средства, отрезав шведам пути отступления за Днепр. Тем не менее, в апреле 1709 года Карл XII отверг предложение Петра I заключить мир с уступкой России Петербурга и Нарвы.
Вскоре против шведов выступила 40-тысячная русская армия во главе с прославленными полководцами Б. П. Шереметевым, А. Д. Меншиковым и Н. П. Репниным. При этом общее руководство войсками осуществлял сам Пётр.
Ранним утром, примерно в 3 часа, 27 июня (8 июля) шведская пехота двинулась вперёд на русские редуты. А шведская кавалерия, проскакав между ними, атаковала русскую кавалерию, стоявшую лагерем на поле за редутами. Шведам удалось быстро захватить два первых недостроенных редута. При этом пленных шведы не брали. Однако третий редут взять с ходу не удалось. Тем временем русские драгуны, выстроившись в боевой порядок, под командованием А. Д. Меншикова двинулись навстречу шведам. Русская конница несколько раз отбила атаки шведской кавалерии, которая потеряла к концу боя 14 знамён и штандартов. Тогда Карл XII приказал шведской пехоте двинуться на помощь кавалерии сквозь линию редутов.
Примерно в 4 часа утра Пётр I приказал своей кавалерии отойти на главную позицию возле укреплённого лагеря. Однако Меншиков не подчинился приказу царя и, желая покончить со шведами у редутов, продолжил бой. В какой-то момент сложилось впечатление, что русская кавалерия отступает, и шведы попытались организовать её преследование. Однако шведский фельдмаршал Карл Реншёльд вернул свою кавалерию назад, боясь оставить пехоту на поле боя без прикрытия. Затем Реншёльд, стремясь обойти русские редуты слева, произвёл перегруппировку войск. При этом шесть правофланговых батальонов и несколько эскадронов генералов Шлиппенбаха и Росса оторвались от главных сил шведов, отошли в лес севернее Полтавы, где были разгромлены кавалерией Меншикова.
Далее, шведская пехота, состоящая из 10 батальонов, пройдя линию редутов, оказалась прямо перед русским укреплённым лагерем, при этом шведы понесли большие потери от огня русской артиллерии. Шведский генерал Левенгаупт уже собирался начать атаку, но был остановлен приказом отойти к Будищенскому лесу и ожидать возвращения