Наконец 27 июня 1709 года состоялась та битва, которая решила судьбы России и Швеции, удивила всю Европу и совершила перелом в политике государств и в судьбе королей, сброшенных и усаженных на трон, подразумевая польских королей.
Битву начали шведы на рассвете и своей конницей напали на регулярную российскую конницу и отогнали ее за шанцы. Но командир казацкий Палий с казаками своими, напав на шведов с тыла флангов их фронтов и прорвавшись в интервалы, нанес им огромное поражение пиками и стрельбой из мушкетов, из-за чего они смешались, побежали к своим шанцам и потеряли своего генерала Шлиппенбаха, взятого в плен. Казаки, преследуя шведов, привели сзади себя сильную колонну российской пехоты под командованием Меншикова, и она напала на шведские шанцы, выстрелив из пушки и мушкетов, бросилась на них со штыками и погнала шведов во все стороны. Таким образом были захвачены шанцы и взят в плен шведский генерал Розен со многими старшинами и рядовыми. Шведы после этого, собравшись, расположились снова между шанцами и своими обозами в чистом поле и стали ждать нападения русских. Царь выстроил свои войска напротив шведских, поставив в центре пехоту с артиллерией, а на флангах – конницу. Битва возобновилась. Стрельба продолжалась с обеих сторон больше трех часов. Наконец шведы, не имея артиллерии и понеся от русских большие потери, образовали в своем фронте большой разрыв, и Палий, заметив это, сразу ворвался в него с казаками и устроил общее замешательство среди врагов. Густой туман, висевший весь день, способствовал казакам охватить шведов с тыла и флангов, а шведам – скрывать свое отступление с места сражения. Началось оно организованно, но потом, смешанные казаками, шведы бросились бежать. Русские, преследуя их в тумане, захватили в плен фельдмаршала Реншильда и двоюродного брата короля, принца Виртембергского, любимца короля Пипера, нашли в шведском обозе с канцелярией и казной. Обоз со всем табором достался победителям.
Шведский король во время битвы не мог ехать верхом на коне из-за ранения ноги, поэтому его носили солдаты на носилках между рядами своих войск, которых он призывал к бою, держа в одной руке пистоль, а в другой шпагу. Во время поражения и замешательства войск его несколько раз роняли на землю, причиняя ему острую боль, от которой он терял сознание и долго находился в бессознательном состоянии. Тогда генералы усадили короля в коляску, отправив вниз по течению реки Ворсклы к Днепру, куда и остатки армии шведской бежали, намереваясь переправиться через ту реку. Мазепа со своим штатом тоже подался туда и был для шведов единственным проводником, сделав им только эту услугу между пропастью бед, принесенных шведам его предательским проектом.