Казацкая старшина тоже не желала терять свои должности и владения, не говоря уж о жизни, и требовала от гетмана принять предложение польского короля. Мазепа был далеко не дурак и не желал становиться марионеткой марионетки. Другое дело — отдаться под власть Швеции! Карлу выгоднее иметь сравнительно самостоятельную Украину рядом с ненадёжной Польшей, а не в её составе. На этом гетман и решил сыграть. Но с предательством нужно было успеть до решающего сражения между шведами и русскими, потом оно уже будет бессмысленно!
В июне войска Карла были в районе Минска, затем шведы переправились через Березину и неожиданно двинулись к Днепру. Карл послал распоряжение Левенгаупту, командующему шведскими войсками в Ливонии, идти к нему на воссоединение в район Могилёва. Почему король изменил свои планы? Потому что получил послание гетмана Мазепы, который обязался дать шведам зимние квартиры в Черниговщине, довольствовать их в течение всего похода и присоединиться к шведскому войску со своими казаками. В Белоруссии перед шведами лежала пустыня без запасов и людей, поэтому Карл изменил свои планы и решил начать завоевание России с Украины.
Когда царь Пётр узнал, что Карл повернул войска на Малороссию, он приказал Меньшикову уничтожить все запасы, которые Мазепа собрал на Черниговщине, а самому Мазепе было велено прибыть в русскую ставку и принять на себя командование казацкой конницей. Затем, возглавив небольшой отряд в двенадцать тысяч человек, Пётр перехватил и 28 сентября наголову разбил пятнадцатитысячный корпус Левенгаупта в битве при Лесной. Шведы потеряли 8 тысяч человек убитыми и ранеными, около тысячи пленными. Русские солдаты захватили сорок четыре знамени и семнадцать орудий и весь обоз с припасами армии Карла XII. Это было первое сражение, выигранное русскими войсками в Северной войне над превосходящими силами противника. Моральное значение этой победы было огромно, но и материальные последствия не менее важны: шведы лишились столь нужных им продовольственных и боевых припасов, в том числе и необходимого их артиллерии пороха.
Разумеется, гетман не собирался ехать в ставку Петра и потому написал царю, что его мучают «подагричные и хирагричные припадки», а страшные боли мешают ездить верхом. Но царь всё равно требовал приезда Мазепы в русскую ставку. А тут ещё и Меньшиков пригласил гетмана на совещание. И если Пётр далеко, то Меньшиков тут, рядом. Мазепа послал к царскому любимцу своего племянника Войнаровского с известием, что находится при смерти и отъезжает из Батурина в Борзну, где намерен собороваться.
Меньшиков искренне пожалел больного старика и решил сам ехать к гетману. Войнаровский тут же предупредил об этом Мазепу, и тот немедленно выехал из Борзны в Батурин, а из Батурина на следующий день — в Короб, а ещё через день гетман рано утром переправился с отрядом в 1500 человек через Десну и поехал в ставку шведского короля.
Меньшиков не успел доехать до Борзны, как узнал, что гетмана там уже нет. Меньшиков поворачивает в Батурин, но и там «умирающего» Мазепы тоже уже нет. Меньшиков едет в Короб и узнаёт о переправе гетмана через Десну. Тут только Меньшикову окончательно становится ясно то, чего он не хотел даже подозревать. 26 октября Меньшиков известил государя об измене гетмана.
Конечно, Мазепа «оправдывал» своё предательство высокой целью достижения независимости Украины, а не презренным желанием сохранить собственные власть и богатства. 30 октября Мазепа писал стародубскому полковнику Скоропадскому:
«Я … понял, что бессильная и невоинственная московская потенция, спасаясь всегда бегством от непреоборимых шведских войск, вступила к нам не ради того, чтобы нас защищать от шведов, а чтобы огнём, грабежом и убийством истреблять нас. И вот, с согласия всей старшины, мы решились отдаться в протекцию шведского короля в надежде, что он оборонит нас от московского тиранского ига и не только возвратит нам права нашей вольности, но ещё умножит и расширит, в этом его величество уверил нас своим неотменным королевским словом и данной на письме ассекурациею».