Але окрім шведів в Україну йшли й декілька російських армій – з північного сходу наступали головні сили під командуванням Бориса Шереметєва, до яких поспішав приєднатися сам цар, із заходу підходили полки Неплюєва, з північного заходу дорогу шведам на Батурин загрожували перерізати драгунські полки Меншикова. Меншиков мав царський наказ об’єднати свої сили з гетьманом, якого слід було запросити на нараду до російського табору. Мазепа відчув небезпеку – адже саме так колись було заарештовано в російсько-українському таборі Самойловича. Іван Степанович вдруге посилає до Карла вірного Бистрицького, але 4 листопада до гетьманського табору під Борзною несподівано примчав Андрій Войнаровський, що попередив дядька про наближення кінноти Меншикова. Наступні дії старого хворого гетьмана вражають блискавичністю – того ж дня він уже в Батурині, віддає останні розпорядження щодо оборони міста проти російських військ.

Вранці 5 листопада Мазепа залишив свою столицю, взявши з собою до табору Карла XII всю генеральну старшину, трьох полковників, частину скарбниці та точно не відому кількість козаків зі складу трьох реєстрових та п’ятьох найманих полків (від 3 до 5 тис. козаків). Решта війська мала захищати Батурин до повернення гетьмана разом із шведами. 9 листопада (28 жовтня за старим стилем) Мазепа перейшов Десну і, схоже, виголосив перед військом промову, в якій пояснив причини такого несподіваного кроку.

До табору шведів, розташованого поблизу села Горки, Мазепа прибув надвечір 9 листопада 1708 р. Того ж дня відбулася перша особиста зустріч українського гетьмана і шведського короля. Під час цієї зустрічі не було укладено жодних угод, що свідчить про наявність серйозних попередніх українсько-шведських домовленостей (наступний документ сторони підписали аж у травні 1709 р., після переходу на бік гетьмана і короля запорожців). Можливо, Карл XII і був дещо розчарований щодо кількості військ, які привів із собою Мазепа, але він одразу зрозумів, що придбав цінного порадника в політичних справах. Відгуки шведських джерел про особу українського гетьмана та його військо цілком позитивні – обидві сторони сподівалися на майбутню плідну співпрацю.

Учинок Мазепи спричинив репресії проти його прихильників з боку Петра I (знищення Батурина, масові страти «мазепинців» і запорожців), завдяки гетьману шведи зуміли пережити важку зимівлю 1708–1709 рр., але наступного року зазнали вирішальної поразки під Полтавою, що поставило хрест на політичних планах Мазепи і вкрай ускладнило життя Гетьманщини на наступні десятиліття. Проте, враховуючи реформаторські плани царя, можливо, вчинок Мазепи врятував козацьку автономію від швидкою ліквідації (тепер цьому перешкоджала наявність української політеміграції, що довго змушувала царя бути дещо обережнішим у «козацькому питанні»).

Барвиста біографія І. Мазепи породила як мінімум кілька потужних образів-міфів цього неординарного політика (трагіко-романтичний герой у творах В. Гюго, Дж. Байрона, К. Рилєєва, Е. Делакруа, Т. Жеріко, Ф. Ліста та ін., романтичний злочинець – у російській класиці О. Пушкіна, Ф. Булгаріна, П. Чайковського, український патріот і борець за свободу – у Ю. Словацького, В. Сосюри, Б. Лепкого, Ю. Іллєнка та ін.). На сьогодні саме завдяки згаданій події це один із найвідоміших і найсуперечливіших персонажів української та російської історії, герой сотень наукових, публіцистичних, художніх творів, 5 кінофільмів, на честь гетьмана названо всеукраїнський фестиваль.

8 липня (27 червня) 1709 р., район сіл Жуки – Яківці–Павленки – Семенівка на північ від Полтави (нині частково на території міста Полтава, обласного центру України).

Російською армією фактично керував цар Петро I. Формальним головнокомандувачем росіян був обережний і досвідчений полководець фельдмаршал граф Борис Петрович Шереметєв (1652–1719; 1701 та 1702 р. успішно воював зі шведами в Прибалтиці, з 1701 р. генерал-фельдмаршал). Піхотою командували: гвардією – генерал-лейтенант князь Михайло Михайлович Голіцин (1675–1730; з 1725 р. генерал-фельдмаршал, командував військами в Україні); генерал князь Анікіта Іванович Рєпнін (1668–1726; з 1724 р. генерал-фельдмаршал); генерал-лейтенант Людвіг-Ніколаус Алларт (1659–1727; з 1700 р. на російській службі, в 1712–1721 рр. на саксонській службі, повернувся до Росії 1721 р., отримав чин генерал-аншефа). Кавалерією командували: генерал від кавалерії світлійший князь Олександр Данилович Меншиков (1673–1729; фаворит Петра I, спритний і безпринципний політик, хоробрий і талановитий командир кавалерії, знищив 1708 р. Батурин, після Полтави отримав чин генерал-фельдмаршала, в 1718–1724, 1726–1727 рр. президент Військової колегії, в 1725–1727 рр. фактичний правитель Росії, генералісимус, засланий до Березова на Уралі); генерал-лейтенант барон Карл Евальд Ренне (1663–1716), генерал-лейтенант Самуель Ренцель (?–1710), генерал-майор Рудольф Фелікс Бауер (1667–1717). Російською артилерією командував Джейкоб Деніел (Яків Вілімович) Брюс (1670–1735). Союзні Петру I українські козаки перебували під командуванням гетьмана Івана Ілліча Скоропадського (1646–1722; генеральний бунчужний у 1698–1699 рр., генеральний осавул у 1701–1706 рр., стародубський полковник у 1706–1708 рр., гетьман Лівобережної України, вів боротьбу за збереження її автономії).

На чолі шведської армії стояв Карл XII. Тимчасовим головнокомандувачем (через поранення короля в переддень битви) був фельдмаршал Карл Густав Реншильд (1651–1722; відзначився під Нарвою 1700 р., фельдмаршал з 1705 р., розгромив саксонсько-російську армію під Фрауштадтом 1706 р., був головним радником короля з військових питань). Піхотою командували: суворий і надійний генерал від інфантерії Адам Людвіг Левенхаупт (1659–1719), генерал-майори Аксель Спарре (1652–1728; 1721 р. фельдмаршал), Карл Густав Роос (1655–1722), Андерс Лагеркруна (1664–1739), Берндт Отто Штакельберг (1662–1734).

На чолі шведської кінноти були: досвідчений і набожний ветеран 16 битв барон Карл Густав Кройц (1660–1728), барон Х’юго Юхан Гамільтон (1668–1748), Юхан Август Мейерфельдт (1664–1749), Карл Густав Крузе (?–1732), Антон Вольмар фон Шліпенбах (1658–1739; з 1715 р. взагалі перейшов на російську службу). У таборі Карла XII перебували також гетьман І. Мазепа та кошовий Запорозької Січі К. Гордієнко.

Після важкої зимівлі в Україні війська Карла XII та Мазепи спробували спровокувати Петра I на генеральну битву, котрої цар уникав з початку російського походу шведів. Для цього (і щоб здобути базу для наступу на Москву в разі укладення союзу з Кримом та підходу в Україну своїх польських союзників) шведський король 10 травня (30 квітня за старим стилем) обложив Полтаву. Зважаючи на критичний стан гарнізону міста, цар Петро вирішив дати ослабленим, але все ще грізним шведам вирішальний бій. 7 липня (26 червня за старим стилем) російські війська спорудили 10 редутів перед укріпленим табором і приготувалися дати бій шведам. Карл XII, що потерпав від болючого поранення в ногу, завданого йому козаками ще 27 (17) червня, наказав нести себе в бій на ношах; диспозицію склав Реншильд. На момент битви шведи мали до 15 тис. осіб піхоти, до 11 тис. осіб кінноти, іррегулярний Волоський полк (до 1 тис. осіб), до 2 тис. козаків Мазепи і 5–6 тис. запорожців, а також 41 гармату і мортиру. Проте частина цих сил охороняла табір і стерегла гарнізон Полтави в шанцях під містом, тому для атаки на військо царя було виділено значно менші сили – до 8,2 тис. піхоти, 7,8 тис. кінноти, 1 тис. волоських гусарів і 4 гармати. Армія Петра I налічувала 2 гвардійські, 4 гренадерські та 34 звичайні армійські полки піхоти (до 37 тис. осіб) у складі 3 дивізій й 1 бригади, 26 драгунських, 3 кінно-гренадерських полків і 3 окремих ескадронів кінноти (до 22 тис. осіб), артилерія – 102 гармати. Реально в битві взяли участь до 35 тис. осіб регулярного російського війська, у переслідуванні шведів – також 8–10 тис. українських козаків Скоропадського. За умови панування лінійної тактики і переваги шведів у їхніх улюблених атаках холодною зброєю Петро зробив ставку на польові укріплення (редути, розташовані у вигляді літери «Т») і вогневий бій – навальну шведську атаку мали зупинити вогонь із мушкетів, розривні бомби гаубиць, ядра і картеч важких польових і легших полкових гармат. За таких обставин традиційно високий бойовий дух і вишкіл скандинавів навряд чи могли компенсувати малу їх чисельність. Слід відзначити другорядну роль у класичній великій польовій битві XVIII ст. іррегулярних військ, зокрема козаків.