Тим часом продовжувалася Північна війна. У 1702 р. українські війська діяли спільно з російськими корпусами Шереметева і Рєпніна на північних кордонах Росії, оберігаючи їх від шведів. Це не викликало особливого ентузіазму серед козаків, які бажали битися за свою батьківщину, а не за імперські забаганки Росії. Крім того, під час війни Петро І ввів жорстокі побори в Україні, що також не сприяло тут зростанню його популярності. У завершенні всього цар почав ставити на чолі козацьких полків російських і німецьких офіцерів, що викликало велику настороженість серед козацької старшини.
У 1704 р. шведський король Карл XII, що перебував у Польщі, в результаті своїх перемог позбавив влади польського короля Августа і посадив на трон свого ставленика Станіслава Лещинського. Гетьман Мазепа з 30-тисячною армією козаків весь цей рік перебував у районі річки Прип'яті, захищаючи російські кордони, і не вів серйозних бойових дій. У 1705 р. він, за велінням царя, вступив у межі Галичини і розташувався біля міста Замостя. Недалеко звідси козакам вдалося розбити корпус польських військ, прихильників Станіслава Лещинського. Зимувати Мазепа залишився в Польщі, маючи свою ставку в місті Броди.
Близькість ставки Мазепи до розташування шведських військ дала йому можливість таємно переписуватися з королем Карлом XII. Мазепа умовився з ним про те, що він розірве зв'язок України з Росією і стане союзником шведів. У свою чергу, Карл XII пообіцяв захищати Україну, відновити її давні права і не укладати миру з царем до повного звільнення України від влади Москви.
Гетьман, замишляючи перехід на сторону шведів, почав віддаляти від себе тих воєначальників, які залишалися вірними російському цареві. Так, у 1706 р. він послав полковника Міклашевського битися проти шведів до району міста Несвіж, де один козацький полк був вимушений вступити в бій з цілим корпусом ворога. Будучи розбитий, Міклашевський закрився в Несвітському замку, де протримався п'ять днів і загинув під час штурму замку. Так само Мазепа вислав полк Мировича битися проти польського корпусу під Ляховичі, де Мирович був оточений, полонений і переданий шведам.
У липні 1707 р. цар Петро І, прибувши до Чернігова, здійснив звідси по річці Десні подорож до Києва. Тут, разом із гетьманом Мазепою, він заклав нову Печерську фортецю. У Києві цареві був поданий донос про зрадницькі наміри гетьмана Мазепи. Авторами доносу були генеральний суддя Кочубей і полковник Іскра. Цар повелів створити комісію і ретельно розслідувати донос. Слідство продовжувалося декілька місяців і прийшло до висновку про невинність гетьмана. За рішенням слідчої комісії донощики були засуджені на смерть. Страта Кочубея та Іскри відбулася під Білою Церквою з причини того, що тут стояли табором війська.
Тим часом Петро І спробував запропонувати шведам мир і був готовий відмовитися від захоплених та повернутих Росії прибалтійських земель окрім заснованого в 1703 р. Петербурга. Але шведський король не хотів навіть слухати про мир із Росією і говорив своїм міністрам, що він розмовлятиме про мир у Москві, скине царя з престолу та поділить Росію на удільні князівства.
У червні 1708 р. Карл XII, вирішивши завдати удару по Росії, вдерся в її межі з боку західних рубежів. Шведський король вів армію в 35 тис. чоловік, метою якої було захоплення Москви. Проте, зіткнувшись із запеклим опором російського народу, шведи повернули на Україну, де король сподівався отримати допомогу від гетьмана Мазепи. Тим часом Мазепа, укріпивши свою резиденцію, місто Батурин, і, залишивши в ньому великий гарнізон, рушив із рештою українських військ до кордону з Білорусією нібито для відбиття шведів. У своєму таборі під Новгород-Сіверським він оголосив військам прокламацію про союз зі шведами. Переважна більшість козачих військ уранці, покинувши гетьмана, виступили з табору на з'єднання з російськими військами. З гетьманом залишилися тільки два козацькі полки. Козацька армія, що пішла від гетьмана, з'єдналася під Стародубом з корпусом князя Меншикова, де знаходився і сам цар. Петро І, подякував козаків за їхню вірність, наказав їм діяти під керівництвом Меншикова до виборів нового гетьмана.
28 вересня біля села Лісної в Білорусії корпус Меншикова у присутності Петра І атакував шведський загін із обозами. 16 тис. шведів під командуванням Левенгаупта поспішали на з'єднання зі своїм королем. У ході цієї битви російські війська, не витримавши шведського удару, почали відступати. Але цар Петро, зібравши їх знов і поставивши за ними і по флангах козаків, наказав останнім рубати без пощади всіх відступаючих, будь то сам цар. Після цього повів своє військо в нову атаку, що увінчалася повним успіхом. На полі бою лягли 4 тис. шведських воїнів, а 12 тис. здалися в полон. Росіяни отримали весь шведський обоз з артилерією і численними запасами.
З Білорусії цар направив князя Меншикова з його корпусом і козаками до резиденції гетьмана Мазепи міста Батурина. Князеві було необхідно, узявши місто, вилучити всі зібрані там скарби і запаси. Підійшовши до Батурина в останніх числах жовтня 1708 р., Меншиков тут же повів свої війська на штурм міських укріплень. Проте батуринський гарнізон, чудово розуміючи, що його чекає в разі поразки, чинив запеклий опір. Протягом всього дня одна атака слідувала за іншою, але бажаного результату не приносила. Меншиков, зневірившись узяти місто, вночі наказав відступити. Проте командир Прилукського полку, що знаходився в місті, полковник Ніс, не бажаючи приймати сторону гетьмана Мазепи, послав до Меншикова свого гінця. Ніс повідомив князю місце, яке займалося в обороні міста його полком, і запропонував удосвіта атакувати саме тут. При цьому було обумовлено, що козаки Прилукського полку, не чинячи опору, ляжуть на землю на знак своєї добровільної здачі в полон, щоб уникнути загибелі. Повіривши полковнику Носу, Меншиков на зорі ударив у вказаному місці на міські укріплення. Все сталося так, як і обіцяв полковник Ніс. Місто було захоплене, розграбоване і спалене. Меншиков вивіз із Батурина величезні багатства і 315 гармат.
Карл XII, вступив до України, знайшов гетьмана Мазепу недалеко від Новгород-Сіверського без обіцяного війська і провіанту. Шведів чекала нелегка зима на Україні. Карл XII наказав своїм солдатам ставитися до українського населення як до союзного їм. Шведи прагнули не допускати грабежів і насильств, намагаючись отримати все необхідне з населення за готівковий розрахунок. Проте ця тактика не приносила успіху. Українське населення бачило в шведах іновірців та окупантів. Всюди відбувалися напади селян на нечисленні шведські загони й окремих солдатів. Полонених шведів селяни із задоволенням здавали російським військам, оскільки за кожного полоненого спочатку платили по декілька рублів, а потім видавали чарку горілки.
У листопаді 1708 р. Петро І повелів провести в Україні вибори нового гетьмана. 7 листопада в місті Глухові гетьманом був обраний Іван Скоропадський, там же відбулася церемонія переказу церковній анафемі колишнього гетьмана Мазепи.
На початку 1709 р. Петро І знову звернувся до шведського короля з пропозицією про мир, ставлячи при цьому умовою вихід Росії до Балтійського моря в районі міста Санкт-Петербург, закладеного царем у 1703 р. Проте, не дивлячись на те, що армія шведів у 3 рази поступалася за чисельністю російської армії, Карл XII не погодився на мир, готуючись продовжувати боротьбу. У квітні 1709 р . він зі своїм військом рушив до Полтави, де, як запевняв короля Мазепа, зберігалися великі запаси продовольства і боєприпасів, в яких шведська армія почала відчувати гостру потребу. На початку травня шведи взяли місто в облогу, але його гарнізон під командуванням полковника Келіна й іноземця Аларта, мужньо витримавши двомісячну облогу, дав можливість Петру І стягнути до Полтави свої війська. При наближенні до міста великої російської армії шведи були вимушені зняти облогу і готуватися до рішучої битви.
Посилення російського впливу в Україні
Процес ліквідації української автономії
"Українська" політика імператриці Єлизавети
Катерина II і Україна
Ліквідація Запорізької Січі
Соціальні зміни в Україні
Завоювання Криму і півдня України
Устрій "польської" України
Гайдамаки