В 1710 году пали последние оплоты шведов – Рига, Пернов, Динамюнде. В Финляндии взяты были Выборг и Кекегольм, тем самым надежно прикрыт Петербург. Однако дальнейшие успехи русского оружия временно были приостановлены. Происки Карла XII в Турции увенчались успехом, и Порта осенью 1710 года объявила войну России. Зимой 1711 года русские полки выступили с Невы на Днестр. Петр I заручился союзом господарей Молдавии – Кантемира и Валахии – Бранкована и содействием Польши. Кантемир обязался выставить 10000, Бранкован – 50000 воинов, Август II двинул в Северную Молдавию 30 тыс. человек, на усиление которых был отправлен русский корпус Долгорукова. У самого Петра было до 50 тыс. солдат. Кроме этой главной армии было образовано еще две – графа Апраксина (20 тыс. регулярных войск, 40 тыс. казаков и 20 тыс. калмыков) – должна была идти на Крым, другая – князя Голицына (15 тыс. регулярных войск и 30 тыс. казаков) двинулась из Чигирина на Очаков. Таким образом, Россия выставляла 90 тыс. регулярных войск, 80 тыс. казаков, 20 тыс. калмыков. Вместе с силами, обещанными союзниками, это должно было составить до 300 тысяч войска.
В конце мая 1711 года русская армия подошла к Днестру. Авангард Шереметева дошел до Прута, где соединился с Кантемиром. Здесь русские узнали, что в Молдавии нет никаких запасов, а набор в молдавскую армию дал лишь 7000 человек. Обозы с продовольствием для армии, двигавшиеся из Киева, были перехвачены в Подолии татарами. Положение становилось серьезным. Перейдя Днестр у Сорок, царь Петр 20 июня созвал военный совет, на котором было решено двигаться вперед. Испытывая недостаток припасов, преодолевая сильный зной, русская армия вступила в Бессарабию. Надеясь на союзников, Петр смело двинулся вперед. Однако польские войска остановились в Буковине и заняли выжидательную позицию. Бранкован же предался туркам.
Тем временем визирь Балтаджи-паша подошел к Дунаю с трехсоттысячным войском и при 500 орудиях. Переоценивая силы русского царя, он остановился в нерешительности у Исакчи. Петру было предложено заключить мир. Турция соглашалась отдать все земли до Дуная. Петр I ответил отказом и совершил крупнейшую ошибку своего царствования.
8 июля произошло первое столкновение турецких войск с русско-молдавским авангардом. Все молдаване бежали, а русская армия начала отходить. Через день русские войска соединились в Станилештах и стали укреплять лагерь. Турки трижды атаковали русские позиции, потеряли до 7000 человек и были отбиты. Тем не менее, положение русской армии стало отчаянным: турки, установив многочисленную артиллерию на господствующих высотах, могли громить лагерь безнаказанно. Многочисленные стрелки не давали возможности набрать воды в реке. Армия была окружена в пять раз более сильным противником.
Петр I, готовясь к последнему бою, заготовил указ Сенату: в случае пленения его государем не считать и его распоряжений не выполнять. Однако судьба хранила царя и Россию. Визирь согласился на переговоры. Уступчивость его объясняют различно. Одни считают, что визирь был подкуплен драгоценностями Екатерины, ставшей законной женой Петра в 1712 году. Другие объясняют его уступчивость бунтом янычар.
Переговоры велись спешно, и 11 июля мир был подписан. Россия возвращала Азов с округом, обязалась срыть укрепления на Дону, на Днепре и Таганрогскую крепость. Кроме того, Петр соглашался дать пропуск Карлу XII в Швецию и обязался не вмешиваться в польские дела.
В конце 1712 года Петр I смог снова принять участие в войне со шведами. В феврале 1713 года, командуя объединенными русско-датско-саксонскими силами (46 тыс.), он разбил при Фридрихштадте 16-тысячную армию генерала Стенбока. Выручив союзников, он перенес военные действия в Финляндию.
В 1718 году начались переговоры со Швецией о мире. Однако в конце 1718 года Карл XII был убит при осаде крепости в Норвегии (принадлежавшей тогда Дании). В 1719 году русский флот одержал новые победы над шведами у островов Эзель и Гренгам. Русские корабли высадили десанты на шведском побережье.
30 августа 1721 года со Швецией был заключен Ништадтский мирный договор, по которому Россия получила побережье Балтийского моря от Выборга до Риги. Победа в Северной войне, создание регулярной армии и военного флота, их боевой опыт сделали Россию одной из сильнейших держав Европы. Сенат преподнес Петру титулы Великого, Отца Отечества и Императора всероссийского. Несколько ранее он принял чин адмирала (3 сентября 1721 года).
Закончив Северную войну – великое дело своего царствования – Петр Великий обратил свои взоры на восток. Целью его политики было стремление расширить и упрочить влияние России в соседних и отдаленных землях. В 1722–1723 годах был предпринят Персидский поход, когда русская армия заняла Дербент, Баку, Решт. Иран согласился на их передачу России за помощь шаху против афганских повстанцев. Петр искал пути в Среднюю Азию, думая об Индии, готовил экспедицию на Мадагаскар. Здоровье императора от природы было отменное, но гигантские нагрузки давали себя знать. В разгар Северной войны он начал часто болеть, лечился на водах, возил с собой аптечку. 28 января 1725 года преобразователь России скончался в тяжких мучениях от уремии, не успев назначить своего преемника или преемницу.