Чортомлицька Січ розташувалася на острові, котрий омивали, як тоді казали, вісім річок. Під час повені він справді був неприступний. Перша спроба солдатів Яковлева пристати до берега на легких човнах закінчилася для них фатально. Більш як тисяча солдатів потонули, ті, хто потрапив у полон, були знищені. І знову, як і к Батурині, знайшовся зрадник. Козацький полковник Галаган, який у молоді літа жив на Січі, добре знав усі шляхи до неї. Спочатку Галаган пішов за Мазепою, але потім покинув його. Мабуть, прагнучи довести свою лояльність щодо царя, він пішов на зраду і ввів непомітно солдатів у Січ. Козаків було всього кілька сот, але вони билися хоробро й відчайдушне. Галаган і Яковлев пообіцяли тим, хто добровільно здасться, зберегти життя. Насправді ж, над тими, котрі цьому повірили, вчинено криваву різню. «Голови луплено, шию до плахи рубано, вішано і інші тиранські смерті завдавано, мертвих із гробов многих не тільки товариства, но і чернецов луплено і вішано». Галаган полював на запорожців на шляхах, у степових сховищах, спійманих висилав до Москви. З Січі були вивезені гармати, державний скарб і прапори.
6 липня під Полтаву прибуло 70 тисяч добірного царського війська. Шведсько-українського війська було вдвоє менше. 7 липня Петро видав маніфест до своєї армії. У ньому цар звично таврує Мазепу «підлим зрадником», але вже не звинувачує його, як раніше, у зраді на користь Польщі. По суті Петро І визнав, що гетьман, бажаючи «відділити Україну від Росії», прагнув самостійності України — «зробити з неї незалежне князівство і залучити до нього Волинь».
Генеральна битва відбулася восьмого липня. Першими в неї вступили шведи, які о восьмій годині ранку почали наступ на російські редути. Полтавська битва має величезну літературу багатьма мовами. У численних працях докладно описано хід битви, визначаються причини поразки шведської армії, котра до того вважалася непереможною. Воєнні історики проаналізували стратегію й тактику обох воюючих сторін, прокоментували плани і дії Карла XII, Петра І, їхніх воєначальників. Думки і оцінки різних авторів досить часто не збігаються. Найбільше сходяться на тому, що до поразки спричинилася значна кількісна нерівність сил, що діяли під Полтавою, а також неможливість Карлу XII внаслідок поранення особисто керувати боєм.
Призначений королем головнокомандуючий маршал Ренскіоль не розвинув далі перший, дуже вдалий натиск шведських частин на російське військо. Відкинуті солдати Петра безладно тікали до свого табору. Взагалі перший етап Полтавської битви складався кепсько для Петра І, й він подумував про відступ. Проте виявилося, що Ренскіоль не володів ситуацією, командуючі окремих з'єднань сперечалися між собою під час операції. Через це у шведській армії виникло безладдя, яке перейшло в паніку. Не могло врятувати становища й те, що окремі шведські частини героїчно, відчайдушне, до останнього протистояли наступу царських військ. Велика кількість шведських вояків разом зі своїми генералами й маршалами потрапила в полон.
Битва велася між шведськими і царськими військами. Козаки майже не брали в ній участі. Однак ті з них, хто потрапив у полон, зазнали великих мук і знущань від царських катів. Усі вони загинули від тортур. Іван Мазепа не брав участі в бою й не виходив із свого намету. Гетьман з'явився поруч із Карлом XII, коли той почав відступати.
Полтавська катастрофа, з огляду на подальші події та майбутню долю України, була для неї національною трагедією. Полтавська битва стала початком рабства й колоніальної залежності України. Петро І одержимо винищував дощенту все, що стосувалось імені Мазепи і української державності.
Частина шведського війська згуртувалася навколо пораненого короля, якого на ношах буквально витягли з перехресного вогню. Вирішили відійти у володіння турецького султана, скориставшися тим, що цар Петро, святкуючи свою перемогу, прогаяв час і не організував переслідування. Король ще поривався вступити в бій і краще загинути на полі бою, ніж ганебно відступати. Однак генерали й Мазепа переконали його, що цар, захопивши короля в полон, примусить його підписати договір, ганебний для Швеції.
Залишки шведської армії разом із запорозькими козаками йшли берегами Ворскли аж до її гирла. До них поволі збиралися докупи розсипані шведські полки. Йшли у військовому порядку, з розгорнутими прапорами. Козаки прикривали відступ. Мазепа та король їхали в кареті. До них приєднувалося те українське населення, яке підтримувало шведів і лякалося московського переслідування.
Дев'ятого липня стало відомо, що царські війська наздогоняють шведів та козаків. Але Карл XII та Іван Мазепа зі своєю маленькою армією встигли відірватися від погоні. Однак уночі з дев'ятого на десяте вони заблукали в лісі й через те втратили значну частину виграного часу. Вдосвіта проминули Кобеляки, куди Меншиков із військами прибув тільки о восьмій годині вечора.
Десятого липня надвечір утікачі дісталися Переволочної, де Ворскла зливається з Дніпром. Тут вирішили переправитися, але цар випередив їх. Щоб відрізати шведам шлях відступу до Туреччини, завбачливо, ще за кілька днів до Полтавської баталії, наказав відвести й потопити всі човни, спалити пороми на кілька миль довкола, а також спалити поселення Переволочну.
Близько десяти тисяч шведських військ, серед яких хворих було три тисячі, мусили залишатися на березі під проводом генерала Левенгаупта. Й знову шведський король не бажав кидати навіть залишки своєї армії й рятуватися такою ціною. Прагнув вступити в бій з переслідувачами, але його вблагали не робити цього. З кількома генералами, державним секретарем і сотнею вояків ескорту він переправився. Майстерні плавці, запорожці стали у великій пригоді під час важкої переправи. Карету відтранспортували у той спосіб, що передні колеса поставили на один човен, а задні — на другий. Мазепа з своїм почтом переправлявся в човні, який почав зачерпувати воду, довелося частину вантажу — золото й срібло, яке взяв з собою Мазепа, кинути у воду. Козаки переправлялися через річку, тримаючися грив коней. Не всім це вдалося зробити.
Коли на світанку приспів Меншиков з десятьма тисячами піхотинців і кіннотників, Левенгаупт вступив з ним у переговори, щоб виграти час, і затягнув розмови до полудня. Коли ж він переконався, що королю вже не загрожує небезпека, капітулював. Умови капітуляції були дуже важкими. Козаків узагалі не включили в ці умови. Меншиков не хотів розглядати козаків як рівноправних противників. Шведський генерал Левенгаупт негідно відрікся від товаришів по зброї. Козаки кидалися в дніпрові хвилі, воліючи загинути, ніж опинитися в руках ворога. Декому пощастило врятуватися. Однак частина козаків і ще 500 запорожців, раніше захоплених у полон, були за наказом царя замордовані. Французька газета, повідомляючи про ці події, писала 21 вересня 1709 р.: «Немилосердний цар був спрагнений української крові».
Царська кіннота переправилася через Дніпро й продовжувала погоню. Виснажлива подорож утікачів пролягла через Звединівку, Решетилівку, Полтавку, Піски, Федорівку, а потім «Диким полем», на південний схід, через безмежний одноманітний степ, спустошений і обезлюднений. Мазепа, фізично дуже ослаблений, але сильний духом і твердою волею, був проводирем через пустельні степи, які він добре знав. Взагалі, певною мірою завдяки його розумові та знанням Карл XII після Полтавської катастрофи зміг уникнути полону й дістатися до турецьких володінь.
Шлях утікачів через пустельний степ був дуже тяжким: не вистачало їжі й води, виснажувала спека, вогнем пекло сонце. Шведські солдати — люди з півночі — в таких умовах були менш витривалими, ніж запорожці. Вони так перевтомлювалися, що засинали на ходу й падали уві сні з коней. 17 липня втікачі дісталися Південного Бугу. Царські кіннотники, очолені Волконським, наступали їм буквально на п'яти. З великими труднощами 19 липня втікачі добули човни, але в недостатній кількості, хоча й заплатили за них чимало золота. Запорожці були керманичами великого човна, де розташувалися Карл XII, Мазепа та їхнє найближче оточення. Козаки переходили річку плавом, тримаючися за хвости коней. Шведів чимало затонуло, коли вони пробували з кіньми переплисти річку. Ті з козаків, які не встигли переправитися, сховалися в степу. Потім, перепливши річку в іншому місці, приєдналися до гетьмана. Близько тисячі шведів залишилися на лівому березі Бугу й потрапили, в полон, їх відправили до Переволочної.
