Дамы, однако, не вняли любезному совету бомбардирского капитана, и непрерывный обстрел крепости продолжался около двух недель. Затем горнисты протрубили атаку, и начался 12-часовой штурм, по отзыву Петра, жестокий и чрезвычайно трудный. Подвиг русских солдат вызвал удивление иностранного наблюдателя: «поистине удивительно, как русские могли взобраться на такую крепость и взяли ее с помощью одних осадных лестниц».
Русские войска овладели древнерусским Орешком. Царь каламбурил, используя созвучие слов «орех» – «Орешек»: «Правда, что зело жесток сей орех был, однако, слава богу, счастливо разгрызен. Артиллерия наша зело чюдесно свое дело исправила». Орешек – Нотебург Петр переименовал в Шлиссельбург (город-ключ), – подчеркивая этим названием ключевое положение города на Неве, открывавшего путь в неприятельские земли.
В середине марта Петр прибыл в Шлиссельбург для руководства военными действиями в кампании 1703 года. В апреле царь сообщает Шереметеву о готовности войск начать операцию: «и больше не могу писать, только что время, время, время, и чтоб не дать предварить неприятелю нас, о чем тужить будем после». Речь шла о нападении на Ниеншанц – крепость, запиравшую устье Невы. После осмотра Ниеншанца Петр поделился впечатлениями с Меншиковым: «Город гораздо больше, как сказывали; однакож не будет с Шлютельбурх. Про новой вал сказывали, что низок, который выше, неже город сам, и весь зачат и выведен равно изрядною фортификациею, только лише дерном не обложен, а ободом (т. е. окружностью) больше Ругодева» (Нарвы). Гарнизон Ниеншанца сложил оружие, не дожидаясь штурма. 2 мая Петр писал в Москву «князю-кесарю» Ромодановскому: «Известую вашему величеству, что вчерашнего дня крепость Ниеншанская по 10 часной стрельбе из мартиров (также из пушек только 10-ю стреляно) на акорт здалась». И тут же распоряжение: «Извольте сие торжество отправить хорошенько и чтоб после соборнова молебна из пушек, что на площади, было по обычаю стреляно».
У Ниеншанца же три дня спустя состоялось первое боевое столкновение с неприятельским флотом. Два шведских судна из эскадры Нумерса, не зная о капитуляции Ниеншанца, вошли в устье Невы. Петр решил их атаковать. Под его пером операция выглядела следующим образом: 5 мая «пришла на устье неприятельская шквадра под правлением вице-адмирала господина Нумберса; о чем уведав, наш господин фельтмаршал посылал нас в тритцати лотках. И в 7 день, пришед к устью, гораздо осмотрели неприятеля, и по нарочитом бою взяли 2 фрегата, один Гедан о десяти, другой Астрил о восьми пушках, а окон четырнатцать. Понеже неприятели пардон зело поздно закричали, того для солдат унять трудно было, которые, ворвався, едва не всех покололи; только осталось 13 живых. Смею и то писать, что истинно с восемь лодок только в самом деле было».