И в Голландии, и в Англии русский царь интересовался буквально всем: осматривал мастерские, мануфактуры, китобойный флот, госпитали, воспитательные дома, ботанический сад, анатомические «театры» и т. д. Попутно он нанял на русскую службу более 900 специалистов, от адмиралов до корабельных коков. Из Англии Петр вернулся в Амстердам и оттуда поехал с посольством в Вену, где встретился с императором. Там же были получены известия о восстании стрельцов.
Царь, отменив поездку в Венецию, вернулся в Россию. В ходе путешествия Петр собственными глазами увидел, насколько Россия отстала в экономическом и культурном развитии от цивилизованных стран Западной Европы. Он понял связь между торговлей, промышленностью и культурой, между ними и международным положением государства (его безопасностью), значение армии и флота, образования и науки. Вернувшись из-за границы, царь сразу же приступил к реформам, начав с преобразований в быту указами о бритье бород и ношении платья европейского образца (крестьяне и посадские, желавшие сохранить бороды, должны были платить специальный налог). Было введено новое летосчисление и начало года с 1 января. В городах учреждались органы посадского управления – земские избы, подчиненные московской Ратуше, им был передан сбор налогов.
Петр понимал, что лишь выходом к морю можно преодолеть отсталость России. Для этого необходимо было овладеть балтийским побережьем, т. е. выдержать борьбу со Швецией. В 1699 году царь заключил союзные договоры против Швеции с Саксонией и Данией, послал в Стамбул посольство на построенном в Воронеже 46-пушечном корабле «Крепость» (что произвело надлежащий эффект) и в августе 1700 года заключил мир с Турцией.
После расформирования стрелецких полков Петр I фактически остался без войска. В его распоряжении имелись два полка бывших потешных, несколько полков «иноземного строя», распущенных по домам, и дворянское ополчение. В ноябре 1699 года был объявлен набор добровольцев в солдаты и сбор «даточных людей» с определенного количества крестьянских дворов. К весне 1700 года было сформировано девять полков – около 32 тысяч человек. Их наскоро обучили иноземные офицеры, нанятые царем. Собралось и дворянское ополчение, прибыло 3,5 тысячи казаков. 9 августа армия двинулась к Нарве, куда прибыла 23 сентября.
Осада Нарвы затянулась. 16 ноября русское командование получило сообщение о подходе войск Карла XII. Петр 19 ноября уехал в Новгород, а 20-го русская армия потерпела самое жестокое поражение за всю свою историю. Командующий герцог де Круа, почти все иноземные офицеры и часть русских сдались в плен. Только Преображенский, Семеновский полки и дивизия Головина упорно сопротивлялись.
В результате эти части ушли от Нарвы со знаменами и личным оружием, а почти треть армии, около 80 офицеров, среди них 10 генералов, 135 пушек, была потеряна.
Ужас и смятение охватило Россию при известии о нарвском разгроме. Армия лишилась начальников, всей артиллерии. Тысячи солдат погибли – из уцелевших же вышли в дальнейшем полтавские победители. Среди общего уныния не терялся лишь один царь, думавший только о скорейшем исправлении расстроенных дел. В течение зимы 1700–1701 годов он смог реорганизовать всю армию, сформировать десять новых драгунских полков, а из колоколов отлили 270 орудий, вдвое больше, чем потеряли под Нарвой.
С конца 1701 года, воспользовавшись разобщенностью шведских сил, русская армия стала бить противника по частям. Направив Шереметева в Ливонию против корпуса Шлиппенбаха, Петр с главными силами двинулся в Ингрию – против Конгриорта. Однако, получив известие о движении шведского флота в Белое море и угрозе Архангельску, царь поспешил туда. Шведы были отражены, и в устье Северной Двины над ними была одержана первая морская победа – захвачен фрегат. В августе 1702 года русские воины двинулись в обратный путь, с Белого моря на Ладогу, по скалам и лесам. При этом солдаты несли два небольших корабля – зародыш будущего Балтийского флота.
Несмотря на начало осени, Петр Алексеевич решил овладеть Ингрией, и в первую очередь линией Невы, разобщив тем самым Швецию и Финляндию с Прибалтикой. После трехнедельной осады он овладел Нотебургом, переименованным в Шлиссельбург (Ключ-город), вслед за тем сдался Ниеншанц.
В 1703 году на месте Ниеншанца был заложен Санкт-Петербург. Заветная мечта Петра I осуществилась – Россия твердо встала на берегах Балтийского моря. Весь этот год продолжались стычки в Эстляндии и окончательно была завоевана Ингрия. Были взяты Копорье и Ям. Повсюду царь оставил крепкие гарнизоны. Утвердившись на Неве, Петр весной 1704 года двинулся в Эстляндию. Летом штурмом взяты были Дерпт и Нарва.