Армия Карла постоянно недоедала, солдаты были утомлены и болели. Крестьяне Малороссии, и особенно Белоруссии, оккупантов ненавидели, прятали хлеб, корм для лошадей, убивали фуражиров.

Карл решил дать армии отдых и из-под Смоленска повернул в Малороссию, чтобы, восстановившись и дождавшись подхода свежих полков, ударить по Москве с юга.

Осенью 1708 года союзник Петра, И.С. Мазепа, изменил царю. Уже 6 октября Петру стало известно об измене. Сам Мазепа 28 октября прибыл в ставку Карла, обещая ему 50 тысяч своих казаков и провизию.

Однако зима для шведов выдалась тяжёлой. В Полтаве армия Карла насчитывала 35 тысяч человек.

В ответ на измену Мазепы А.Д. Меншиков 2 ноября захватил и разорил Батурин, ставку гетмана, а 6 ноября в Глухове по настоянию Петра был избран новый гетман, И.И. Скоропадский. Но царь уже не верил казакам, и в Полтавской битве они не участвовали.

В марте 1709 года на сторону шведов перешли запорожские казаки. Направленный на юг, на перехват запорожцев, полковник Кемпбелл с тремя тысячами сабель сам был разбит под Царичанкой, но прорвался на север, к своим. В ответ русский отряд полковника П.И. Яковлева 16 апреля сжёг Келеберду, не тронув церковь, 18 апреля – Переволочку, затем крепости Старый и Новый Кодак.

К Запорожской Сечи отряд подошёл 10 мая, однако приступ с ходу оказался неудачным, и лишь когда 14 мая подошёл отряд полковника И. Галогана, Сечь была взята и разорена.

Казаки были неплохими воинами, но дисциплины не признавали. Они занимались грабежами населения, а потом и вовсе начали разбегаться из шведской армии. К моменту Полтавской битвы их осталось у шведов около 10 тысяч. Карл, как и Пётр, им не верил, и казаки охраняли пленных и обозы.

Когда просохли дороги, а армия отдохнула, шведы из-под Будищ двинулись к Полтаве. Полтава не выглядела серьёзной крепостью, её обороняли всего 4200 солдат под командованием полковника А.С. Келина, и 2600 вооружённых горожан.

Крепость отбила около тридцати атак и не сдавалась.

У осаждавших крепость шведов не было тяжёлых осадных орудий, только полевые.

6 июня под Полтаву прибыл с главными силами граф Б.П. Шереметьев. Он расположился у деревни Крутой Берег в укреплённом лагере. Для того чтобы держать противника в постоянном напряжении и основательно измотать его, русские делали частые вылазки, особенно ночью. Так, генерал Гейнскин во главе 2,5 тысячи драгун и Астраханского пехотного полка напал на деревню Старые Санжары, где содержались русские пленные. Увы, войн без пленных не бывает. Пока драгуны дрались с казаками Мазепы, пехотинцы освободили 1200 пленных. У шведов удалось отбить два орудия и захватить восемь знамён. Потери русских составили 60 человек убитыми и 181 ранеными.

Шведы не могли позволить себе такие нападения – не хватало свежих сил.