1708年，彼得一世著手實行省製改革，並對文字、印刷、翻譯等也進行了幹預。他確實是一個精力充沛的人，不過，他投入精力最多的事情還是軍事，尤其是艦隊的建設。他從瑞軍俘虜的供詞中得知，查理十二世計劃由沃羅涅日進攻莫斯科。1709年初，彼得親自到沃羅涅日檢查為亞速海艦隊製造艦船的工程。當造船廠缺少釘子、螺栓、船錨時，他又親自來到鑄造廠指導工人們鑄造。
沙皇彼得離開沃羅涅日時，率領一支由241艘艦艇組成的艦隊開往亞速海。浩浩蕩蕩的艦隊對君士坦丁堡無疑是一種威懾，土耳其人打消了乘俄羅斯與瑞典在北方作戰時進攻亞速夫要塞的念頭。
彼得一世視察了他闊別10年的沃羅涅日，對城市的發展比較滿意。他感到遺憾的是艦船大部分都陳舊了。他下令建造新艦並拓深亞速海灣的港灣。沙皇在這裏被告知，瑞典國王查理十二世拒絕和談並且準備奪取波爾塔瓦城。
1709年4月1日查理十二世瑞典軍隊的先頭部隊到達波爾塔瓦城下。國王查理十二世不顧軍事將領們的勸告，狂妄地認為，俄國人隻要聽見槍聲就會投降的。波爾塔瓦的防務確實很差。城牆是土質的，牆外壕溝年久失修，木樁工事殘缺不全。可是，瑞典人兩個月無能為力。6月2日，一個鼓手帶著勸降書第8次來見要塞司令克林上校，威脅說，如不投降，就將遭到斬盡殺絕的懲罰。克林回答說：“我們隻指望上帝降福，至於你們所說的那些，我們已經從前7次來人的口中知道了。我們還知道，你們已經猛攻了7次，派來攻打的官兵已有3千多人丟掉了性命。”
沙皇深知波爾塔瓦這個地方的重要性並命令俄軍軍事統帥緬希科夫一定要援助該城守軍，派部隊采取佯攻，以轉移查理對波爾塔瓦的兵力，還要加強瑞軍所占地段的河對岸地區的工事，努力保證波爾塔瓦駐防部隊的糧食和武器供應。緬希科夫立即進攻奧波什尼亞城，消滅了該城的瑞典守軍。查理不得不調撥兵力支援。俄軍的佯攻達到目的後，援軍立即回到波爾塔瓦附近。5月14日，一支900人的俄軍隊伍突破敵陣，衝入被圍的波爾塔瓦，給守城部隊送去了槍支彈藥。
6月4日，彼得一世來到波爾塔瓦。他分析了雙方的部署，認為總決戰的時機已經成熟。6月20日起，俄軍開始緊張的備戰工作。士兵們揮動斧頭，操起鐵鍁，修築工事。沙皇在陣地上騎著馬四處查看，他要選擇一個有利地形與瑞軍決戰。他看中俄軍陣地正麵的一片開闊地，並下令構築6座多邊形碉堡，既可削弱瑞典人的進攻勢頭，又能分割瑞典人的戰鬥序列。彼得一世親自做了作戰部署，他擔任第一師的指揮，緬希科夫指揮騎兵部隊，布利斯中將指揮炮兵。6月26日，突然有一俄軍軍士逃奔瑞典人。彼得一世明白，這個逃兵將會告訴瑞典人俄軍的部署和薄弱環節，因此必須立即開始進攻。他命令克林在城內堅守到7月中旬，在俄軍打破瑞軍對波爾塔瓦的包圍時，由城內攻出，來個內外夾擊。沙皇彼得穿著騎兵軍官的製服，一會兒出現在龍騎兵團，一會兒又來到炮兵中間。他向他的精銳部隊近衛軍團發表演說，鼓舞士氣。他說：“那個傲慢的有遠見的瑞典國王已經為他的軍隊找好了莫斯科的住處，並委派施帕爾將軍當莫斯科的總督，還把俄羅斯分成許多小公國分封給了他的部下。我們能讓他的目的得逞嗎？不能，我們大俄羅斯人不能忍受這樣的侮辱。”
這同一天，在瑞典軍隊的營地，查理十二世也在到處講話。他從俄軍叛逃者那裏得知，沙皇彼得還在等待非正規騎兵的到來。土耳其政府正式通知他，土耳其無意卷入瑞俄衝突。查理十二世思前想後，決定立即發起進攻。他對士兵們說：“波爾塔瓦已經為我們準備了許多食品，咱們到那裏吃早飯吧！”