Не теряя времени, Карл XII посадил свою армию на корабли и отбыл в Лифляндию, где поляки и саксонцы осадили Ригу. Король Август, встретивший сильный отпор со стороны рижан и узнав о прибытии шведской армии, сиял осаду и ретировался на свою территорию.
В это время сорок две тысячи русских солдат вторглись в шведские пределы.
План Петра заключался в овладении Ингерманландии, для разъединения шведских владений Финляндии с Эстонией и Лифляндией. Для этого русским следовало осадить и взять Нарву.
Петр был уверен, что это ему удастся, так как шведский гарнизон, расположенный в Нарве, был немногочисленным. Русской армией командовал герцог де Сент Кру а, французский протестант, недавно принятый на службу и занявший место покойного Гордона.
Однако осада Нарвы затянулась. Вскоре выяснилось, что осаждающие испытывают большие лишения, нежели осажденные. Причиной был недостаток продовольствия. Петру I пришлось ехать в Москву, чтобы наладить продовольственную часть.
А тем временем к Нарве подошел Карл XII. Сильная метель скрыла приближение шведов к русской позиции, однако силы Карла XII насчитывали всего 8 тысяч человек, при 37 орудиях, в то время, как русские располагали 42000 человек, при 145 орудиях.
Армия Петра сумела отразить только самую первую атаку шведов. Внезапно конница Шереметева оказалась охвачена паникой и обратилась в бегство.
По всему русскому лагерю пронесся крик: «Немцы изменили!». Солдаты принялись избивать иноземных офицеров, которым оставалось лишь одно спасение — сдаться шведам.
Тем временем шведы предприняли вылазку... И тут дезорганизованная русская армия бежала. Дивизии Трубецкого и Вейде положили оружие сразу, третья дивизия Головина — лишь после упорного сопротивления, сумев сохранить полковые знамена.
Шведам досталась вся русская артиллерия, обоз. Генералы Петра оставались у Карла XII в качестве военнопленных. Все остальные были отпущены на волю.
Однако Керсновский отмечает, что Карл XII, не считавший «этих мужиков» для себя опасными, совершил роковую ошибку. Он отпустил своих будущих победителей.
Потери русской армии под Нарвой составили 6 тысяч убитыми и ранеными, однако и шведы заплатили за победу четвертой частью своего маленького войска. В память Нарвы, где Преображенский и Семеновский полки, входившие в дивизию Головина, спасли честь русского оружия, офицерам этих полков был пожалован нагрудный знак.
После Нарвской битвы война стала вестись на польском и прибалтийском направлениях, однако все свои усилия Карл XII обратил против Августа II. Россия, по мнению шведского короля, окончательно выбыла из войны.