Международное положение России стало весьма сложным. Дания вынуждена была включиться в войну с Францией. Август II смог обеспечить безопасность Саксонии (но не Польши), отдав часть своих войск Австрии. В этих условиях Петр I предпринял энергичные усилия, чтобы удержать в союзниках Августа И. Он был вынужден 20-тысячный корпус Н. И. Репнина, не участвовавший в бою за Нарву, отдать в распоряжение Августа II, обещав еще и помощь в течение двух лет по 100 тыс. руб. Эти деньги добывали с огромным трудом, вплоть до приема частных пожертвований. По договору с Августом II Россия отказалась от притязаний на Лифляндию и Эстляндию и ограничилась интересами в Ингерманландии и Карелии.
Карл XII нанес Августу II сокрушительное поражение под Ригой и направился в Польшу, где, по словам Петра I, надолго «увяз». Отток шведских войск в пределы Речи Посполитой создал более благоприятную обстановку для России. Часть русской армии во главе с Б. П. Шереметевым в течение ряда лет действовала в ближних районах Лифляндии, постепенно набирая опыт в стычках и боях с хорошо вооруженными и сильными войсками шведов. Вскоре она стала одерживать и победы. Отбита была попытка шведского десанта в Архангельске, а еще раньше отбиты попытки захватить Гдов и Печерский монастырь. Таким образом, армия постепенно обретала опыт, силу и боевой дух.
Для создания мощной артиллерии было развернуто строительство доменных и молотовых заводов на северо-западе России и на Урале. Особенно важным был ввод Каменского и Невьянского заводов в 1701 г. на Урале, ибо пушки из уральского металла были прочными и дальнобойными.
Для пушек нужен был не только чугун, но и медь. Царь-новатор поступает здесь весьма нестандартно. Он рассылает но стране повеление со всех «знатных городов и монастырей» собрать часть колоколов. К маю 1701 г. их скопилось в Москве около 90 тыс. пудов. Цифра громадная, но скандала в стране не вызвала: церковь не сочла себя ограбленной. В конечном счете русская армия получила действительно мощную артиллерию, и это сказалось на ближайших результатах войны.
Взятие Нотебурга и основание Санкт-Петербурга. Верно оценив обстановку, Петр i решил сосредоточить наступление в Ингерманландии и Карелии. В августе 1702 г. русские вытеснили шведов с Ладожского озера и района реки Ижоры. После этого была стремительно организована осада Нотебурга (острова-крепости в истоке Невы), которой руководил сам царь. 1 октября начался многодневный обстрел крепости мощной артиллерией, и к 5 октября в крепостных стенах образовались проломы, а две башни были сильно разрушены. Добровольцам раздали штурмовые лестницы, были заготовлены и многочисленные лодки. Ночью И октября в крепости возник пожар, а утром начался штурм, длившийся 13 часов (заминка произошла из-за коротких штурмовых лестниц и большой высоты обвалов от разрушенных ядрами верхних частей стен). В итоге 450 солдат крепости вместе со 142 орудиями капитулировали. Шведам было позволено уйти из Нотебурга с почетом, т. е. сохранив знамена, вооружение, имущество и пушки. Число жертв у осаждавших было очень велико. Однако русские воины сделали почти невероятное: они одолели могучие стены Нотебурга с одними лестницами. С тех пор Нотебург (Орешек) стал именоваться Шлиссельбург, т. е. ключ-город, а на памятной медали была выбита надпись: «Был у неприятеля 90 лет».
В апреле 1703 г. после мощного артиллерийского обстрела сдалась крепость Ниеншанц в устье Охты, впадающей в Неву у самого ее устья. Новую крепость решено было основать ближе к морю. Так 16 мая 1703 г. была заложена Петропавловская крепость, положившая начало Санкт-Петербургу. В мае были взяты древнерусские крепости Ям и Копорье. Через год была укреплена артиллерией крепость в заливе напротив устья Невы. Названа она была Кроншлот.
Реванш под Нарвой и война в Прибалтике. В 1704 г. окрепшая в боях русская армия подвергла осаде и штурму Дерпт. Шведы сдались, и это позволило быстро перебросить полки под Нарву, где осадные работы велись с начала июня. Теперь уже тактика русских войск была иной. Захватив устье Наровы, русские генералы лишили шведов возможной помощи с моря. Саму Нарву окружили 4 полка, остальные были в двух верстах от крепости. Кроме того, два полка осадили Иван-город. При артобстреле важнейшую роль играли батареи за рекой, почти недосягаемые для шведских крепостных орудий. Со взятием Дерпта под Нарвой собралось войско в 45 тыс. человек при 150 орудиях. Бреши теперь были пробиты всего за неделю, и 9 августа три колонны осаждающих (1600 человек) пошли на приступ. Бой длился 45 минут и кончился бегством шведов с позиций. Город был взят. Вскоре русские войска овладели и Иван-городом.