В августе 1698 г. во время свидания Августа II с русским царем Петром I в украинском городке Раве между ними было заключено предварительное устное соглашение о совместной борьбе против Швеции. Переговоры возобновились уже в Москве и велись в глубокой тайне. Шведские послы, приехавшие в российскую столицу за подтверждением Кардисского договора, ни о чем не догадывались. Они были приняты Петром и получили заверения в том, что царь будет соблюдать прежние русско-шведские мирные соглашения. В июле 1699 г. был подписан оборонительный договор между Россией и Данией, который предусматривал взаимную военную помощь против Швеции, а в ноябре того же года в селе Преображенском под Москвой – наступательный союзный договор между Россией и Саксонией. По условиям Преображенского договора Август, выступавший только в качестве саксонского курфюрста, должен был начать войну против шведов немедленно, а Россия – лишь после заключения мира с Турцией, с которой она находилась в состоянии войны. Обе стороны обязались не вступать в сепаратные переговоры. Будущие завоевания по окончанию войны со Швецией распределялись следующим образом: Август получал Лифляндию и Эстляндию, а Россия удовлетворялась Ижорской и Карельской землями. В декабре 1699 г. датский посланник в России в особом «артикуле» заявил о присоединении короля Фредерика IV к Преображенскому договору. Так оформился Северный союз в составе России, Саксонии и Дании. Общеевропейская обстановка благоприятствовала началу активных действий против Швеции: Франция, Англия и Голландия, имевшие со Швецией союзные договоры, не могли ей оказать помощь, поскольку готовились к войне за испанское наследство.
В начале 1700 г. Дания и Саксония открыли военный действия против шведского государства. Датчане напали на Голштинию, являвшуюся союзницей Швеции, но вскоре остановились под крепостью Тоннинген. Войска Августа II вступили в Лифляндию и осадили Ригу. 19 августа, на другой день после получения Петром I известия о заключении мира с Турцией, Россия объявила войну Швеции, и в сентябре русская армия осадила крепость Нарву на берегу Финского залива. Так началась война, длившаяся 21 год и вошедшая в историю как Великая Северная. Но уже в августе 1700 г. из нее была выведена Дания. Действия шведского короля оказались стремительными и грамотными с точки зрения военного искусства. С помощью англо-голландского флота Карл XII во главе своих войск неожиданно высадился под стенами оставшегося беззащитным Копенгагена и вынудил датчан подписать Травендальский мирный договор (между Данией и Гольштейном), по которому датское королевство обязывалось соблюдать все трактаты, заключенные со Швецией ранее, и не оказывать помощи ее противникам. Это дало возможность Карлу перебросить армию в Восточную Прибалтику. В ноябре под Нарвой он наголову разбил русские войска. Энергично начав готовиться к новой кампании, Петр I одновременно стремился упрочить отношения со своим единственным союзником – курфюрстом Саксонии. При их встрече в литовском местечке Биржи (март 1701 г.) был подтвержден Преображенский договор. В 1702 г. Карл XII, посчитав исход войны с Россией предрешенным в пользу Швеции, перенес свои главные действия против Августа. Шведы вторглись в пределы Речи Посполитой и сумели быстро овладеть Варшавой, Краковом и другими польскими городами. Август начал склоняться к сепаратному миру, но все его предложения отклонялись Карлом, продолжавшим варварски опустошать оккупированные земли. Среди влиятельных магнатских кругов Речи Посполитой произошел раскол. Собранный шведами в Варшаве в июле 1704 г. сейм объявил Августа низложенным и избрал королем познанского воеводу Станислава Лещинского. Другая, большая, часть литовской и польской шляхты считала необходимым порвать с политикой нейтралитета и искать защиты у России. В августе того же года между Речью Посполитою и Россией был подписан Нарвский союзный договор, по которому обе стороны брали обязательства совместно действовать против шведов и не заключать сепаратного мира. Август же, преследуемый Карлом, бежал в Саксонию, куда вслед за ним устремились шведы. Август капитулировал и по тайному Альтранштедтскому соглашению 1706 г. отрекся от короны Речи Посполитой и союза с Россией, сохранив Саксонское курфюршество. Одним из условий соглашения была выдача шведскому правительству Паткуля, который, формально оставаясь подданным шведского короля, в 1702 г. перешел с саксонской на русскую службу и стал выполнять отдельные поручения царя, а позднее находился при дворе Августа уже в качестве посла России. Несмотря на протест Петра I, Паткуль был выдан и казнен как государственный преступник за попытку мятежа в Лифляндии.