战争初期,同盟国由于军事力量薄弱和行动不协调而招致了惨败。当时,奥古斯都二世在尚未保证波兰国参战的情况下,就于1700年2月率领萨克森军队进入利夫兰,并徒劳无功地包围了里加,而丹麦人又于3月以其主力侵入瑞典盟国好斯顿霍尔斯坦的领土。瑞典国王查理十二世在英荷联合舰队的积极支援下,派遣一支登陆队在哥本哈根登陆,迫使丹麦于1700年8月18日与其签订特拉温达尔和约。彼得一世直到同土耳其缔结和约之后,才于1700年8月30日对瑞宣战,将部队调往纳尔瓦。当查理十二世获悉奥古斯都二世的军队从里加撤向科夫诺后,遂率部队在佩尔诺夫登陆,并于11月30日在纳尔瓦战役中战败俄军。但彼得一世采取了各种有效的措施,重建了俄军。
查理十二世决定在入侵俄国之前使萨克森退出战争,并与波兰结盟。1701年夏,他在利夫兰战胜萨克森军队。与此同时,一支瑞典分舰队驶入白海,企图占领阿尔汉格尔斯克,但其冲击被俄军炮火击退。查理十二世在波罗的海沿岸留下总数约1.5万人的几个监视军后,未经宣战即以其主力侵入波兰。查理十二世先后占领了华沙、克拉科夫、托伦,并在克利绍夫附近再次战胜萨克森人,继而废黜了奥古斯都二世,宣布瑞典人的傀儡列琴斯基为波兰国王。奥古斯都二世的拥护者在卢布林召开的国会上通过决议:加入俄国军事同盟,并对瑞宣战。根据纳尔瓦盟约,俄国和波兰于8月30日互相保证不单独与瑞典缔结和约。于是,查理十二世在波兰的处境变得困难了:奥古斯都二世的拥护者仍拥有萨克森军队;瑞典残酷的镇压和苛刻的军税政策激起波兰人的积极反抗。
彼得一世正确地分析了敌人在波兰的严重处境后,采取了坚决的行动。1701年12月21日,舍列梅捷夫的几个龙骑兵团于埃雷斯特费尔第一次战胜什利片巴赫将军的1个瑞典军。1702年7月30日,舍列梅捷夫再次重创什利片巴赫于古梅利斯戈夫。瑞军残部躲进佩尔诺夫。同时,阿普拉克辛所部迫使瑞军退出俄国军事基地新拉多加,将其击溃于伊若拉河畔,并使其退向涅瓦河口的尼延尚茨要塞。特尔托夫指挥的帆桨船区舰队分别在拉多加湖、凯克斯霍尔姆附近击败瑞典战舰,迫其退向维堡。1702年10月22日,彼得一世夺占了诺特堡要塞。翌年春,他又占领尼延尚茨、扬堡和科波里耶。彼得一世为了切断瑞典舰队驶入涅瓦河的通道,在科特林岛附近的河口南面的通航支流上修筑了喀琅施洛特要塞。1704年夏,俄军攻占了强大的多尔帕特和纳尔瓦要塞及伊凡哥罗德。由于萨克森军队有被瑞典和列琴斯基两军的优势兵力歼灭的危险,彼得一世于1705年夏将主力部队调至涅曼河畔的格罗德诺,在此与奥古斯都二世的部队会合。此时,俄国波罗的海舰队已粉碎了瑞典分舰队突入涅瓦河的企图。
彼得一世把总指挥权交给奥古斯都二世,把步兵和骑兵指挥权分别交给奥吉尔维元帅和缅希科夫后,于1705年12月离开格罗德诺返回莫斯科。
1706年1月,查理十二世率2万军队从华沙急速行军向格罗德诺推进。瑞军强行渡过涅曼河,迫使缅希科夫的骑兵部队退向明斯克,在一到就攻占格罗德诺设防工事的企图未能奏效后,将被封锁在工事里的同盟军包围了起来。奥吉尔维元帅无视俄军的建议,只顾奥古斯都二世的利益,力图把驻在格罗德诺的部队一直留到夏季,甚至要进军华沙与萨克森军队会合。
萨克森一个军于1706年2月在弗拉乌什塔特附近的战役中,被瑞军击溃后,3月23日,彼得一世下令将部队从格罗德诺调往基辅。彼得不信任奥吉尔维而将执行周密计划的任务交给缅希科夫。1706年3月底,在涅曼河即将解冻的情况下,俄军从预先架好的桥上渡河,并巧妙地利用流冰和春汛甩掉了敌人。5月初,俄军集中在基辅地区,那里的一些大型筑垒工事已经竣工。查理十二世由于未能追上俄军,也未能迫使俄军在与其不利的条件下交战,便率领瑞军自明斯克经卢茨克、卢布林向德累斯顿推进。彼得一世解除了奥吉尔维元帅及一部分与其有联系的军官和将军的职务,将陆军最高领导权交给舍列梅捷夫和缅希科夫,将海军最高领导权交给阿普拉克辛。1706年10月29日,缅希科夫部队在卡利什战役中重创梅伊耶尔费利德将军指挥的瑞军。但是,奥古斯都二世已于1706年9月24日与查理十二世在阿尔特兰施塔德单独签订和约,根据和约,他放弃了波兰王位,把它交给列琴斯基,这就使俄国失去了最后一个盟国。