Для достижения цели союза против турок посольство должно было отправиться прежде всего в Вену. Но так как русский резидент в Вене как раз в это время успел продолжить союз с императором на три года, то посольство, минуя Вену, отправилось в Северную Германию морем через Ригу и Либаву. В Риге, принадлежавшей шведам, Петр получил ряд неприятных впечатлений и от населения (которое дорого продавало продукты русским), и от шведской администрации. Губернатор Риги (Дальберг) не допустил русских к осмотру укреплений города, и Петр посмотрел на это как на оскорбление. В Курляндии зато прием был радушнее, а в Пруссии (тогда еще в Бранденбургском курфюршестве) курфюрст Фридрих встретил русское посольство чрезвычайно приветливо. В Кенигсберге для Петра и послов дан был ряд праздников. Между весельем Петр серьезно занимался изучением артиллерии и получил от прусских специалистов диплом, признавший его за «искуснаго огнестрельнаго художника». Русское посольство между тем вело с бранденбургским правительством оживленные переговоры о союзе; но русские желали союза против турок, а пруссаки — против шведов, и дело кончилось ничем. После некоторых экскурсий по Германии Петр отправился в Голландию ранее своих спутников. На дороге туда встретился он с двумя курфюрстинами (Ганноверской и Бранденбургской), которые оставили нам его характеристику. «У него прекрасныя черты лица и благородная осанка, — пишет одна из них; — он обладает большою живостью ума; ответы его быстры и верны. Но при всех достоинствах, которыми одарила его природа, желательно было бы, чтобы в нем было поменьше грубости. Это государь очень хороший и вместе очень дурной; в нравственном отношении он полный представитель своей страны. Если бы он получил лучшее воспитание, то из него вышел бы человек совершенный, потому что у него много достоинств и необыкновенный ум». Грубость Петра выражалась в отсутствии той светской выдержки, к какой привыкли германские принцессы. При начале беседы с принцессами Петр очень конфузился, закрывал лицо руками. «Видно также, что его не выучили есть опрятно», — заметила другая курфюрстина. Этой светской выдержкой Петр не овладел вполне, кажется, никогда, но впоследствии он потерял свою робость и застенчивость.
В Голландии Петр прежде всего направился в городок Саардам (Саандам); там были знаменитые корабельные верфи, о которых он слышал еще в России. В Саардаме принялся он плотничать и на досуге кататься по морю. Но его инкогнито, плохо соблюдавшееся и в Германии, было нарушено и здесь; в Петре Михайлове узнали царя Петра, и весь город стремился посмотреть на диковинного гостя. Петр сердился, жаловался, даже бил назойливых зевак, но ему толпа не давала ни спокойно работать на верфи, ни отдыхать в его скромном домике (этот домик в ноябре 1886 г. передан Нидерландами в дар России и принят нашим правительством). Рассерженный Петр, пробыв в Саардаме всего неделю, переехал в Амстердам, где оставался с половины августа 1697 до января 1698 г., лишь на короткое время выезжая в Гаагу и другие города. В Амстердаме он учился кораблестроению на Ост-Индской верфи и достиг значительных успехов, но остался недоволен голландским кораблестроением. Уже в России он научился плотничать, в Голландии же искал изучить теорию кораблестроения. Но голландцы строили суда навыком, не умея составлять корабельных чертежей, не зная теории корабельного искусства. Это-то и сердило Петра. «Зело ему стало противно, — писал он сам о себе, — что такой дальний путь для сего восприял, а желаемаго конца не достиг». Случайно узнал он, что теория судостроения выработана у англичан, и решился поехать в Англию; в Москву же послал приказ подчинить голландских мастеров на Воронежской верфи мастерам венецианским и датским.
Неудачу потерпел Петр в занятиях морским делом, неудачу потерпело и посольство русское в Гааге: Голландия отклонила от себя всякое участие в войне против турок. С чувством неудовольствия оставлял Петр Голландию, но в ней тем не менее он многому научился. Одновременно с работами на верфи он занимался математикой, астрономией, рисованием и гравированием, он посещал разные музеи, слушал лекции медицины, интересовался всеми отраслями положительных знаний, присматривался к различным механическим усовершенствованиям, знакомился с морскими промыслами (например, китоловными). Привыкая к особенностям блестящей, зажиточной и просвещенной голландской жизни, Петр приобретал массу новых культурных впечатлений, развивался и образовывался.