В 1698 г. было распущено старое войско (кроме 4 регулярных полков: Преображенского, Семеновского, Лефортовского, Бутырского, которые стали основой новой армии). Готовясь к войне со Швецией, Петр велел в 1699 г. произвести общий рекрутский набор и начать обучение новобранцев по образцу, заведенному у преображенцев и семеновцев. Одновременно было набрано большое количество иноземных офицеров. Царь начал готовиться к войне со Швецией за выход к Балтийскому морю.
В 1699 г. был создан Северный союз против шведского короля Карла XII, в который помимо России вошли Дания, Саксония и Речь Посполитая. Начало войны для Петра было обескураживающим. Новонабранная русская армия 19 ноября 1700 г. была разгромлена под Нарвой.
Посчитав, что Россия достаточно ослаблена, Карл XII ушел в Ливонию. Но Петр не смирился с поражением и вскоре возобновил боевые действия. Уже осенью 1702 г. русская армия в присутствии царя захватила крепость Нотебург (переименована в Шлиссельбург), весной 1703 года – крепость Ниеншанц в устье Невы. 10 мая 1703 г. у устья Невы русский шлюпочный десант совершил смелый захват двух шведских военных кораблей. Петр лично участвовал в этой дерзкой операции. Он тогда носил чин капитана Бомбардирской роты лейб-гвардии Преображенского полка. За особые отличия в операции захвата кораблей Петр получил им же утвержденный орден Святого Андрея Первозванного.
Здесь 16 мая 1703 г. началось строительство Санкт-Петербурга. Царь не только прочил Петербургу роль торгового порта, но уже через год в письме к его губернатору, Александру Меншикову, называл город столицей, а для защиты ее с моря приказал заложить морскую крепость на острове Котлин (Кронштадт). Выход к Балтийскому морю был пробит. В 1704 г. после взятия Дерпта и Нарвы Россия прочно закрепилась в Восточной Прибалтике. Но шведов это не устраивало. На предложение заключить мир Петр I получил отказ.
После низложения Августа II в 1706 г. и замены его польским королем Станиславом Лещинским Карл XII начал роковой для него поод на Россию. В Полтавской битве 27 июня 1709 г. армия Карла XII была наголову разгромлена.
В 1710 г. в войну вмешалась Турция. После поражения в Прутском походе 1711 г. Россия вернула Турции Азов, и за счет этого ей удалось заключить перемирие с турками.
Петр снова сосредоточился на войне со шведами, в 1713 г. шведы потерпели поражение в Померании и лишились всех владений в континентальной Европе. Однако благодаря господству Швеции на море Северная война затянулась.
По мере укрепления Балтийского флота России Швеция почувствовала опасность вторжения на свои земли. Разорительные десанты русских в 1720 г. на шведское побережье подтолкнули Швецию к возобновлению переговоров. 30 августа 1721 г. между Россией и Швецией был заключен Ништадтский мир, завершивший 21-летнюю войну. Россия получила выход в Балтийское море, присоединила территорию Ингрии, часть Карелии, Эстляндию и Лифляндию. Россия стала великой европейской державой, в ознаменование чего 22 октября 1721 г. Петр по прошению сенаторов принял титул Отца Отечества, Императора Всероссийского, Петра Великого.
При Петре не прекращалась экспансия России на восток. В 1716 г. экспедиция Бухгольца на месте слияния Иртыша и Оми основала Омск, выше по течению Иртыша Усть-Каменогорск, Семипалатинск и другие крепости. В правление Петра была присоединена к России Камчатка.
18 июля 1722 года, после обращения к России за помощью сына персидского шаха Тохмас-мирзы, из Астрахани по Каспию отплыл 22-тысячный русский отряд. В августе сдался Дербент, после чего русские из-за проблем с провиантом вернулись в Астрахань. В следующем 1723 г. был завоеван западный берег Каспийского моря с крепостями Баку, Рештом, Астрабадом. Дальнейшее продвижение было остановлено угрозой вступления в войну Османской империи, которая захватывала западное и центральное Закавказье.
12 сентября 1723 г. был заключен Петербургский договор с Персией, по которому в состав Российской империи включалось западное и южное побережье Каспия с городами Дербент и Баку и провинциями Гилян, Мазендеран и Астрабад.
По Константинопольскому договору от 12 июня 1724 г. Турция признавала все приобретения России в западной части Каспийского моря и отказывалась от дальнейших притязаний на Персию. Стык границ между Россией, Турцией и Персией был установлен на месте слияния рек Аракс и Кура. Однако в Персии смута продолжалась, и Турция оспорила положения Константинопольского договора прежде, чем граница была точно установлена.