Затем появилась новая неприятность: правобережный гетман Самусь и его сподвижник полковник Палий своими успешными действиями против татар и защитой населения от польско-католических притеснений снискали необыкновенную популярность не только на Правобережьи, но и на подвластном Мазепе Левобережьи. Особенно Палий, который в глазах народа был легендарным героем. Не сумев справиться с ним, Мазепа использовал донос: в результате длительной и тонкой интриги ему удалось добиться, что Палий (как уроженец г. Борзны на Левобережьи) очутился в 1705 году в ссылке в Сибири.
Так, удачно выходя из всех затруднений, неизменно подчёркивая свою преданность России, Мазепа правил Левобережьем, принимая участие в походах Петра и на юге, и на западе, и в Прибалтике. Пётр осыпал его подарками и наградами, дал ему в потомственное владение целую волость в Великороссии, а когда учредил орден Андрея Первозданного, та Мазепа получил этот орден раньше самого Петра.
Так продолжалась верная служба Мазепы Петру до появления в северо-восточной Европе Карла XII, с его блистательными победами над всеми противниками. Когда же Карл вмешался в польские дела, в которых была заинтересована Россия, Мазепа решил затеять политическую игру, в надежде выиграть для себя более независимое положение. Ведь, несмотря на всё расположение к себе Петра, он всегда чувствовал его крутую волю и твёрдую руку: Пётр не терпел своеволия, столь обычного в польских шляхетско-магнатских кругах, в которых Мазепа получил своё политическое воспитание.
В Польше в то время шла ожесточённая борьба между двумя претендентами на престол: Августом Саксонским, союзником Петра, и Станиславом Лещинским, союзником Карла. С победами Карла и его вторжением в Польшу росли и шансы Лещинского, а война постепенно приближалась к границам Левобережья. Мазепа установил контакт с возможными победителями — сначала с Лещинским, а когда Карл XII приблизился к границам Украины, то и с ним. Гетман обещал выступить на стороне Карла с двадцатитысячным войском, как только он появится на подвластной Мазепе территории.
Об этих переговорах никто ничего не знал, и только генеральный судья Кочубей и полтавский полковник Искра послали Петру донос (который сохранился). В нём было 26 пунктов, но ни один из них не подтверждался какими-либо доказательствами, отчего при чтении возникало впечатление бездоказательного навета. Так его и воспринял Пётр, и с ним согласились Головкин и Шафиров, которым царь поручил произвести дознание. Эти двое были личными друзьями Мазепы. В результате доносчиков выдали Мазепе, и он их казнил.
В это время (1707) Пётр усиленно готовился к столкновению с Карлом, и призывал Мазепу подготовить и возглавить войско. Не желая раньше времени выявлять свои планы, гетман притворился больным, а Петру писал о там, что как только оправится, то сейчас же выступит в поход. Обеспокоенный болезнью своего любимца, Пётр даже послал к нему своего лекаря-итальянца. Но Мазепа всё не поправлялся, а, как умирающий, попросил митрополита совершить над ним соборование, о чём немедленно был уведомлён Пётр.
Но «болезнь» Мазепы помешала ему сосредоточить обещанные Карлу 20 000 войска. В результате осенью 1708 года, когда Карл занял Могилёв и переправился через Днепр, у Мазепы в Батурине было всего около 5000 войска, преимущественно не реестровых казаков, а наёмных «компанейцев» и «сердюков». Но медлить он уже не мог, ибо с севера приближался с большим отрядом Меншиков и, если бы он успел застать Мазепу в Батурине, весь план пропал бы. Оставив гарнизон в Батурине, Мазепа с группой старшины и отрядом около 3–4 тысяч войска (точных данных нет), отправился навстречу Карлу, который уже вошёл в пределы Стародубского полка и стоял в селе Горки, южнее Новгорода-Северского. «Войско не знало, куда и зачем его ведёт Мазепа, предполагая, что их ведут против шведов», — так рассказывал Петру перебежавший от шведов компанейский полковник Игнатий Галаган.
Узнав об измене, Пётр немедленно принял решительные меры: приказал Меншикову взять Батурин (что и было сделано), обратился к населению с манифестом, призывающим не идти за Мазепой, а тех, кто пошёл — вернуться, и назначил выборы нового гетмана. Население Мазепу не поддержало, и отдельные старшины начали прибывать к Петру с изъявлением верности. Одними из первых был Стародубский полковник Иван Скоропадский, Черниговский — Полуботок, и много других. Некоторые полковники, например, Галаган, Апостол и другие, вначале пошедшие за Мазепой, возвращались к Петру, который их не только не наказывал, но ещё и награждал за верность.
6 ноября 1708 в Глухове был торжественно выбран гетманом полковник Иван Скоропадский. При этом находившимся там же Петром была подписана и оглашена царская грамота, подтверждающая «сохранение вольностей и преимуществ Малороссийских». А через пять дней прибывший сюда же Киевский митрополит Иосиф Кроковский, и архиепископы с епископами, в особой церемонии предали вечному проклятию Мазепу и его помощников. Мазепа же находился в походе со шведским войском, которое двигалось к городам Ромны и Гадяч на зимние квартиры, где для шведов предателем было заранее заготовлено продовольствие и возведены укрепления. Но, начав теперь сомневаться в победе Карла, Мазепа через полковника Апостола обещал Петру содействовать поражению и даже пленению Карла. Пётр его обнадёжил, но предложению не поверил, и продолжал готовиться к решительному сражению с Карлом.
Зима 1708/1709 прошла без особенно крупных столкновений. Шведы сидели в Ромнах и Гадяче, а русская ставка была в Лебедине. Наши силы росли, благодаря прибывавшим подкреплениям; силы же и запасы шведов таяли, и они искали, кого бы ещё склонить к предательству. К маю 1709 года, после длительных уговоров, Мазепе и Карлу удалось подбить на это дело запорожцев, и те, под предводительством кошевого Гордиенка, двинулись на помощь Карлу.
В ответ Пётр молниеносно, смешанным русско-казацким отрядом, захватил Сечь, и уничтожил её до основания. Командовали этой экспедицией полковник Галаган (сам бывший запорожец) и Яковлев. Спасшиеся запорожцы бежали на турецкую территорию и основали там новую Сечь, Карл же двинулся на юг на соединение с запорожцами и по пути хотел взять Полтаву. Когда это ему не удалось, он и начал осаду этого города, которая продолжалась безуспешно полтора месяца и закончилась известной Полтавской битвой. Шведы были разбиты наголову. Остатки войск бежали на запад к Днепру, бросив все обозы и артиллерию. У Переволочни их настиг Меншиков и казаки, и принудили к капитуляции. Спаслись только Карл и Мазепа, переправившись через Днепр первыми, да небольшой шведско-казачий отряд. Дальше бежали они на территорию Турции, в Бендеры, где и задержались продолжительное время. Здесь вскоре Мазепа умер и был торжественно похоронен в монастыре.
Несколько старшин, оказавшихся в Бендерах после смерти Мазепы, выбрала гетманом его ближайшего сотрудника Филипа Орлика, который совместно с Карлом начал усиленно уговаривать Турцию нарушить мир с Россией и начать войну. В 1710 Орлик с группой казаков, запорожцев и татар предпринял набег на Правобережье, но был разбит и отогнан обратно. В 1711-м, наконец, Турция начала войну, о которой мы ещё скажем (в главе «Разные „мелочи“»), — на эту войну подстрекали её Карл XII и Орлик, обещая помощь и запорожцев, и всего населения Украины, и верных Станиславу Лещинскому поляков.
Для России война оказалась неудачной. Но и Карлу с Орликом она многих успехов не принесла. Орлик уехал в Швецию; в дальнейшем жизнь его протекала в интригах среди иностранцев за расчленение России. Однако европейские государи, убедившись в невозможности оторвать от России Украину (из-за отсутствия сепарататистских настроений у её населения), прекратили выдачу подачек Орлику. Католическая церковь, верным сыном которой он был, по-видимому, ему тоже не помогла, и он умер в нищете в Молдавии в 1742 году.
Измена Мазепы и присоединение к нему некоторого числа старшин и казаков, а также выступление на стороне Карла запорожцев вызвали взрыв негодования во всей России; о прежнем доверии к гетманству не могло быть и речи. Неудивительно, что новый гетман — Скоропадский, сразу после избрания, несмотря на подтверждение Петром «прежних прав и вольностей», получил комиссара, с которым должен был согласовывать все свои мероприятия. В придачу Скоропадский находился «под башмаком» своей жены и давлением алчных старшин, буквально вырывавших у него универсалы на потомственное владение разными имениями. В общем, элита и здесь больше думала о своём кармане, чем о благе страны и народа. Казаки же продолжали ходить на работы и в походы. В 1716-м несколько тысяч казаков были отправлены на рытьё канала Волга-Дон; в 1720-м 12 000 — на работы на Ладожский канал, и 5000 на постройку Киевской крепости; в 1722 ещё 10 000 в Ладогу. Работы были тяжелы и изнурительны; казаков косили болезни, и значительная часть их погибла. Сохранились сведения, что только в 1721 году на Ладожском канале умерло 2461 человек; за остальные годы сведений нет.