В 1689 году Софья пыталась организовать стрелецкое восстание для отстранения Петра от власти, но Петру и его сторонникам удалось лишить Софью регентства. Она была заточена в Новодевичий монастырь, Иван V оставался соправителем Петра до смерти в 1696 году.
Сначала Пётр мало интересовался делами государства. Первым его самостоятельным шагом в 1695 году была неудачная попытку взятия Азова, потому что турецкий гарнизон получал снабжение по морю, а войска Петра не могли этому помешать из-за отсутствия флота. В 1696 году в Воронеже Пётр организовал строительство речного флота, с помощью которого в июле 1696 года гарнизон Азова сдался и на берегу Азовского моря был заложен город Таганрог.
После этого Петра развернул большую программу строительства судов, для финансирования которой ввел новые подати. Землевладельцы объединялись в кумпанства и на свои деньги строили корабли. Чтобы опереться на иностранных специалистов, он отправил на обучение за границу молодых дворян, а вскоре и сам поехал в Европу.
За время полуторагодового путешествия Пётр побывал в Курляндии, Бранденбурге, Голландии, Англии, Саксонии, Австрии и Польше, где изучал военное дело, кораблестроение и технические новинки. В Голландии он лично изучал искусство кораблестроения и обучался на плотника. На бумажной фабрике отлил превосходный лист бумаги, а в Англии освоил технологию производства часов.
Великое посольство не позволило расширить союз против Турции, но сильно повлияло на мировоззрение самого Петра и укрепило его решимость переустройства России по европейскому образцу. Ещё до его возвращения в Россию был подавлен бунт стрельцов, которых казнили, а Софья, её сестра, царевна Марфа, и нелюбимая жена Евдокия Лопухина были пострижены в монахини. Вернувшись в Москву, Пётр заключил мирный договор с Турцией и объявил войну Швеции, которая захватила часть русских земель на Балтийском море.
Начавшаяся в 1700 году Великая Северная война затянулась на 21 год. В 1699 году был создан Северный союз против шведского короля Карла XII, в который вошли Россия, Дания, Саксония и Речь Посполитая. Август II хотел отобрать у Швеции Лифляндию, обещая России возврат земель, прежде принадлежавших русским, – Ингерманландии и Карелии.
Карл XII планировал разбить противников поодиночке, после бомбардировки Копенгагена Дания вышла из войны, но попытки захватить Ригу ему не удались, и он начал войну против России. Армия, подчиненная саксонскому фельдмаршалу герцогу де Кроа, была разгромлена под Нарвой, и шведы решили продолжить войну в Польше.
Однако осенью 1702 года гвардейцы во главе с Петром на двух построенных в Архангельске фрегатах взяли крепости Нотебург (Шлиссельбург), а 1703 году – Ниеншанц в устье Невы, и на острове Котлин разместилась база русского флота крепость Кронштадт. Выход к Балтийскому морю был открыт.