В начале 1700 г. Дания и Саксония открыли военный действия против шведского государства. Датчане напали на Голштинию, являвшуюся союзницей Швеции, но вскоре остановились под крепостью Тоннинген. Войска Августа II вступили в Лифляндию и осадили Ригу. 19 августа, на другой день после получения Петром I известия о заключении мира с Турцией, Россия объявила войну Швеции, и в сентябре русская армия осадила крепость Нарву на берегу Финского залива. Так началась война, длившаяся 21 год и вошедшая в историю как Великая Северная. Но уже в августе 1700 г. из нее была выведена Дания. Действия шведского короля оказались стремительными и грамотными с точки зрения военного искусства. С помощью англо-голландского флота Карл XII во главе своих войск неожиданно высадился под стенами оставшегося беззащитным Копенгагена и вынудил датчан подписать Травендальский мирный договор (между Данией и Гольштейном), по которому датское королевство обязывалось соблюдать все трактаты, заключенные со Швецией ранее, и не оказывать помощи ее противникам. Это дало возможность Карлу перебросить армию в Восточную Прибалтику. В ноябре под Нарвой он наголову разбил русские войска. Энергично начав готовиться к новой кампании, Петр I одновременно стремился упрочить отношения со своим единственным союзником – курфюрстом Саксонии. При их встрече в литовском местечке Биржи (март 1701 г.) был подтвержден Преображенский договор. В 1702 г. Карл XII, посчитав исход войны с Россией предрешенным в пользу Швеции, перенес свои главные действия против Августа. Шведы вторглись в пределы Речи Посполитой и сумели быстро овладеть Варшавой, Краковом и другими польскими городами. Август начал склоняться к сепаратному миру, но все его предложения отклонялись Карлом, продолжавшим варварски опустошать оккупированные земли. Среди влиятельных магнатских кругов Речи Посполитой произошел раскол. Собранный шведами в Варшаве в июле 1704 г. сейм объявил Августа низложенным и избрал королем познанского воеводу Станислава Лещинского. Другая, большая, часть литовской и польской шляхты считала необходимым порвать с политикой нейтралитета и искать защиты у России. В августе того же года между Речью Посполитою и Россией был подписан Нарвский союзный договор, по которому обе стороны брали обязательства совместно действовать против шведов и не заключать сепаратного мира. Август же, преследуемый Карлом, бежал в Саксонию, куда вслед за ним устремились шведы. Август капитулировал и по тайному Альтранштедтскому соглашению 1706 г. отрекся от короны Речи Посполитой и союза с Россией, сохранив Саксонское курфюршество. Одним из условий соглашения была выдача шведскому правительству Паткуля, который, формально оставаясь подданным шведского короля, в 1702 г. перешел с саксонской на русскую службу и стал выполнять отдельные поручения царя, а позднее находился при дворе Августа уже в качестве посла России. Несмотря на протест Петра I, Паткуль был выдан и казнен как государственный преступник за попытку мятежа в Лифляндии.
Северный союз распался. Речь Посполитая, хотя и подтвердила союз с Россией, однако практически никакой поддержки она оказать не могла и после 1710 г. фактически вышла из войны. Россия осталась один на один против шведов, все еще окруженных ореолом непобедимости. Вся Европа с трепетом ожидала, куда дальше из Саксонии двинется шведская армия. Французский король Людовик XIV пробовал склонить Карла XII оказать помощь Франции в Войне за испанское наследство. Англия со своей стороны направила к нему главнокомандующего и лидера вигского кабинета герцога Мальборо. Но Карл отказался вмешиваться в войну на западе континента до завершения войны на востоке. В августе 1707 г. его армия направилась к русской границе. Положение дел заставляло Петра I пытаться заручиться благожелательным посредничеством западноевропейских держав для заключения мира с Швецией на весьма умеренных условиях сохранения за Россией отвоеванного в 1702–1704 гг. побережья Финского залива. С этой целью в мае 1707 г. в Лондон прибыл русский посол в Голландии А. А. Матвеев, предложивший правительству Англии как самому влиятельному участнику «Великого союза» военные и материальные услуги России против Франции. Но в то время в Западной Европе не верили в силы России. Английские политики не хотели допускать ее в «Великий союз» и уклонились от посредничества из опасения вызвать этим недовольство шведского короля. Матвееву пришлось покинуть Лондон, не добившись успеха. Пребывание Матвеева в Англии было омрачено инцидентом, оскорбительным как для самого посла, так и для русского правительства. Поздно вечером в своей карете Матвеев подвергся нападению неизвестных лиц, жестоко его избивших, и был доставлен в долговую тюрьму под предлогом неуплаты незначительного долга английским купцам. Случившееся возмутило весь дипломатический корпус. Уже на следующий день русского посла освободили, но, не получив желаемого удовлетворения, он покинул страну, не вручив отзывных грамот и не взяв обычного королевского подарка. С большим трудом английскому правительству удалось уладить этот инцидент, а парламент при участии аккредитованных в Лондоне представителей иностранных держав принял особый закон об охране привилегий лиц дипломатического персонала, который лег в основу современного посольского права.