Předhistorie
V říjnu 1708 se Petrovi I. dostalo zprávy o zradě a přechodu na stranu Karla XII. hetmana Mazepy, který vedl s králem dlouhá jednání, slibující mu v případě příjezdu na Ukrajinu až 50 tisíc kozáckých vojáků, potraviny a příznivé podmínky pro zimování. Dne 28. října 1708 dorazil Mazepa v čele oddílu kozáků do tábora Karla. V tomto roce byl Petrem I. amnestován a odvolán z vyhnanství (obviněn ze zrady na základě pomluv Mazepy) ukrajinský plukovník Palyj Semen (skutečné příjmení Gurko); tímto způsobem si car Ruska získal podporu kozáctva.

Z tisíců ukrajinských kozáků (rejsové kozáci čítali 30 tisíc, zaporožští kozáci 10–12 tisíc) dokázal Mazepa přivézt pouze 10 tisíc mužů, z toho asi 3 tisíce rejsových kozáků a 7 tisíc zaporožců. Ti však brzy začali utíkat z tábora švédské armády. Těchto nespolehlivých spojenců, kteří zůstali asi 2 tisíce, se Karel XII. obával použít v bitvě, a proto je nechal v táboře.
Na jaře 1709, když byl Karel XII. se svou armádou na území Ruska, se rozhodl obnovit útok na Moskvu přes Charkov a Belgorod. Jeho armáda byla již výrazně zdecimována a čítala pouze 35 tisíc mužů. S cílem vytvořit výhodné podmínky pro ofenzivu se Karel rozhodl rychle obsadit Poltavu, která ležela na pravém břehu řeky Vorskly.
30. dubna švédské vojska zahájila obléhání Poltavy. Pod vedením plukovníka A. S. Kelina její posádka, skládající se z 4,2 tisíce vojáků (Tverský a Ustjugský pěší pluky a jeden batalion od tří dalších pluků — Permského, Apraxinova a Fechtengeimova), 2 tisíc kozáků Poltavského kozáckého pluku (plukovník Ivan Levenec) a 2,6 tisíce ozbrojených obyvatel města úspěšně odrazila několik švédských útoků. Od dubna do června podnikli Švédi 20 útoků na Poltavu a ztratili více než 6 tisíc mužů. Koncem května se k Poltavě přiblížily hlavní síly ruské armády pod vedením Petra. Ustoupili na protější břeh řeky Vorskly. Po vojenském zasedání 16. června, kde se Petr rozhodl pro generální bitvu, tentýž den přední oddíl Rusů překročil Vorsklu severně od Poltavy, u vesnice Petrovka, což umožnilo přechod celé armády.
19. června hlavní síly ruské armády přešly řeku Vorskla. Petr I. umístil armádu do tábora u vesnice Semjonovka. 25. června ruská armáda přesunula svou pozici ještě jižněji, obsadila pozici 5 kilometrů od Poltavy u vesnice Jakovce. Celkový počet armád byl impozantní: ruská armáda čítala 60 tisíc vojáků a 102 děl. Karel XII. disponoval až 37 tisíci vojáky (včetně až deseti tisíc zaporožských a ukrajinských kozáků hetmana Mazepy) a 41 děl (30 děl, 2 houfnice, 8 mořtýr a 1 brokovnice). Přímo v bitvě u Poltavy se zúčastnilo méně vojsk. Na švédské straně asi 8 000 pěchoty (18 batalionů), 7 800 kavalerie a asi 1 000 neregulérní kavalerie, a na ruské straně asi 25 000 pěšáků, z nichž někteří i když byli na bojišti, se nezúčastnili bitvy. Kromě toho ruská strana nasadila 9 000 jezdců a kozáků (včetně ukrajinských věrných Petrovi). V bitvě ruská strana použila 73 děl proti 4 švédským. Náboje pro švédská děla byly téměř zcela vyčerpány během dní obléhání Poltavy.
26. června Rusové zahájili výstavbu přední pozice. Bylo postaveno deset redut, které obsadily dva bataliony Belgorodského pěšího pluku plukovníka Savvy Ajgústova pod velením podplukovníků Nekljudova a Nečajeva. Za reduty byly rozmístěny 17 kavalerijní pluky pod velením A. D. Menšikova.
Karel XII., když dostal zprávy o blížícím se silném kalmyckém oddílu, se rozhodl zaútočit na ruské vojsko dříve, než kalmyci zcela naruší jeho komunikace. Král, který byl zraněn při průzkumu 17. června, předal velení feldmaršálovi K. G. Renschildu, který dostal k dispozici 20 tisíc vojáků. Přibližně 10 tisíc mužů, včetně kozáků Mazepy, zůstalo v táboře u Poltavy.
Den před bitvou Petr I. navštívil všechny pluky. Jeho krátké vlastenecké projevy k vojákům a důstojníkům se staly základem slavného rozkazu, který požadoval, aby vojáci bojovali ne za Petra, ale za „Rusko a ruskou zbožnost…“
Snažil se povzbudit svou armádu i Karel XII. Inspiroval vojáky slovy, že zítra budou obědvat v ruském voze, kde na ně čeká velká kořist.

A. S. Puškin „Poltava“

POZVÁNÍ
Tobě - ale hlas temné hudby
Se dotkne tvého ucha?
Pochopíš duší skromnou
Touhu srdce mého?
Nebo pozvání básníka,
Jako kdysi jeho láska,
Před tebou bez odpovědi
Přejde, neuznané znovu?

Poznej, alespoň zvuky,
Které ti bývaly milé -
A mysli, že ve dnech rozloučení,
V mém proměnlivém osudu,
Tvoje smutná pustina,
Poslední zvuk tvých slov
Jediný poklad, svatyně,
Jedna láska duše mé.

PÍSEŇ PRVNÍ
Bohatý a slavný Koczubey.
Jeho louky jsou nepřehledné;
Tam jeho stáda koní
Pásou se volně, bez ochrany.
Kolem Poltavy vesnice
Obklopují jeho sady,
A má mnoho bohatství,
Kožichů, atlasů, stříbra
Jak na očích, tak pod zámky.
Ale Koczubey je bohatý a hrdý
Ne na dlouhouché koně,
Ne na zlato, daně krymských hord,
Ne na rodové vesnice -
Svou krásnou dcerou
Se pyšní starý Koczubey.

A to říci: v Poltavě není
Krásky, rovné Marii.
Je svěží, jako jarní květ,
Pěstovaný ve stínu dubového lesa.