Замысел Карла XII основывался на проработке строжайше выверенного взаимодействия между всеми подразделениями, собранными для атаки (примерно 16 000 солдат — 8200 пехотинцев и 7800 кавалеристов). Только действуя с точностью часового механизма, они могли нейтрализовать многократное численное превосходство русских (имевших, если не считать 4000 солдат полтавского гарнизона, более чем 55-тысячную армию — около 36 000 пехоты и примерно 20 000 конницы). Ранее королю не раз удавались такие атаки, да и весь опыт прошлых столетий свидетельствовал в пользу подобного варианта. Московское войско всегда страдало низкой выучкой и отсутствием грамотной организации. Но на сей раз скандинавам не удалось реализовать свое преимущество в профессионализме, так как подготовку наступления Реншёльд принес в жертву личным эмоциям.
Суть плана Карла XII сводилась к фронтальной атаке пехоты, которой кавалерия обязывалась содействовать ударами с флангов. Ставка делалась на неожиданность нападения, быстроту маневров и филигранную координацию всех передвижений. Далеко выдвинутые сторожевые укрепления русских предписывалось не штурмовать, а просто проскочить между ними и, не дав неприятелю построить боевые порядки, загнать обратно в главный лагерь те его части, которые успеют выйти навстречу. После чего предстояло поступать по обстоятельствам. При благоприятной обстановке — атаковать и сбросить с крутого берега в реку Ворсклу полки Петра I. Если же противник не поддастся панике, то просто блокировать его расположение, не допуская подвоза продовольствия.
Неудачно выбранная позиция русских облегчала шведам выполнение задачи. Отходу царских войск из укрепленного лагеря с тыла мешала река, а с юга — лес. На север вела лишь одна дорога, проходившая опять-таки вдоль реки (которая служила в качестве наковальни при ударе шведов), где не было места, чтобы развернуть правильный строй. Таким образом, у Петра оставалась лишь возможность встречной контратаки, чего и желал Карл.
Однако все расчеты короля начали рушиться с самого начала из-за элементарной неподготовленности операции. Местность плохо разведали, и колоны солдат путались, выдвигаясь на исходные позиции для атаки. С ее началом запоздали — застать врага врасплох не удалось. Царь успел послать подкрепление сторожевым редутам — около них завязался упорный двухчасовой бой. В конце концов русские отступили, но эффект внезапности уже окончательно потерялся. Сквозь вышеназванные укрепления пришлось прорываться под ураганным огнем, неся непредусмотренные потери.
К тому же, поскольку, кроме Карла XII и Реншёльда, никто не знал детального плана операции, путаница усугубилась. Поэтому после прорыва к главной линии обороны русских, рядом с королем и фельдмаршалом находилась только треть из общего количества оставшихся в строю пехотинцев (примерно 2500 человек). Другая колонна, руководимая Левенгауптом (той же численности), вынужденная обходить редуты справа, потеряла связь с основными силами и, импровизируя на свой страх и риск, в одиночку атаковала юго-западный угол лагеря Петра I, где находилось несколько десятков тысяч солдат.
К счастью для генерала, в этот момент его нашли специально посланные гонцы, передав приказ идти на соединение с королем. Но вот третьей части скандинавской пехоты, шедшей под командованием генерала Рооса, повезло меньше. Не зная о том, что мимо сторожевых редутов надо как можно скорее проскользнуть, эта колонна принялась штурмовать укрепления, безнадежно отстав от ушедших вперед полков. Так как диспозицией штурм не предусматривался, то никаких средств для преодоления препятствий шведы не имели. Все же Роос взял два редута, однако следующие его атаки захлебнулись.
Петр I, узнав, что часть неприятельской армии зацепилась за крючок его сторожевых укреплений, срочно выслал 7000 человек для уничтожения оказавшегося в ловушке врага, благо основные силы Карла XII в тот момент уже ушли далеко на север и теряли время на поиски отставших. Окруженная противником, во много раз превосходящим по численности, колонна Рооса, после продолжительного и упорного сопротивления, была уничтожена. От нее осталось всего 400 пленных, по большей части израненных солдат.
Таким образом, вместо слаженных ударов и молниеносных маневров для блокировки царского лагеря, королевской армии пришлось два часа прорываться к нему, а затем еще в течение 3 часов собирать разрозненные силы и приводить их в порядок. За это время русские успели спокойно подготовиться к бою. Вывели и построили перед лагерем 24 000 пехотинцев, а оставшуюся часть разместили на валах укреплений, для прикрытия отступления в случае неудачи [101].
Реншёльд, оставшись без людей Рооса, вступил в решающую схватку, имея всего 5000—5500 солдат пехоты. Как обычно, не колеблясь, он бросил их в стремительную атаку и даже прорвал первую линию русских. В этот момент многим показалось, что счастливая звезда скандинавов вновь разгорается ярким светом, и вопреки всему шведы опять одержат победу. Но чуда не произошло. Подавляющее численное преимущество царских войск, в конце концов, решило исход битвы. Скандинавов опрокинули, и отступление вскоре превратилось в бегство.
Реншёльд, пытаясь спасти положение, послал на помощь пехотинцам кавалерию. Она несколько задержала русских, но ненадолго. Конники, стесненные болотами (не позволявшими создать хотя бы подобие строя, что вынуждало их драться разрозненными кучками) покатились назад вместе с пехотой. Видя это, фельдмаршал остановил небольшую часть бегущих и, возглавив сборный отряд, бросился навстречу противнику. Вспыхнула короткая, жестокая схватка, исход которой легко предугадать. Те из шведов, кто не погиб, попали в плен. Среди последних оказался и Реншёльд.
В Полтавском сражении русские могли совершенно истребить шведские полки. Однако победители, видимо, сами не сразу поверили в свою полную победу. А потому не проявили должной инициативы и настойчивости в преследовании. Только несколько дней спустя деморализованная армия Карла XII, сама себя загнав в ловушку у Переволочны, окончательно капитулировала.
Но Реншёльд попал в плен непосредственно на поле боя под Полтавой во время сражения. Его сразу же доставили в царскую ставку, где начинался победный пир. Петр I, в эти, наверное, самые счастливые мгновения своей жизни был великодушен. С рыцарским благородством он вернул шведскому фельдмаршалу шпагу, разрешив носить ее даже в плену. Всех знатных скандинавов, захваченных к тому часу, пригласили за стол, и царь провозгласил тост за своих учителей в военном деле. Реншёльд, не пришедший в себя от пережитой катастрофы, не поняв в первый момент, о чем говорит Петр, переспросил: «Кто же эти учителя?». И получил лаконичное уточнение: «Вы, господа». В ответ фельдмаршал все-таки нашел в себе силы грустно пошутить: «Хорошо же ученики отблагодарили своих наставников».
Официальные торжества по случаю Полтавской победы русские устроили через полгода в Москве. В сценарии этого праздника Реншёльду отвели заметную, но незавидную роль, исполняя которую фельдмаршал до дна испил чашу позорных унижений. Его заставили пройти по всему городу, сквозь толпы враждебно настроенных зевак, во главе колонны своих бывших подчиненных. А впереди победители волокли по земле славные знамена еще недавно столь грозной для них королевской армии, под гордым шелестом которых Реншёльд прослужил столько десятилетий.
Петр I, очень нуждавшийся в опытных военных профессионалах, предложил пленным шведам поступать на службу в русскую армию. Однако большинство скандинавов во главе с Реншёльдом отказались. А так как на тот момент, когда они попали в неволю, война еще не дошла даже до своего экватора, то дожить до заключения мира и вернуться на родину удалось далеко не всем. Наставнику Карла XII в этом смысле повезло больше других. Он не умер в плену и попал домой раньше остальных. В 1718 г. его обменяли на двух русских генералов.
После возвращения в Скандинавию Реншёльду не удалось возродить свою репутацию военачальника. Хотя он и успел застать Карла XII в живых, но лишь на короткое время. Меткий выстрел у Фредериксхалля надломил шведскую волю к победе. После декабря 1718 г. Стокгольм уже не пытался кого-либо атаковать, а только сопротивлялся чужим ударам, да и то словно по инерции.