В октябре 1708 года Петру I стало известно о переходе на сторону Карла XII гетмана Мазепы, который уже долгое время состоял в сношениях с Карлом XII и обещал ему, в случае прибытия на Украину, продовольствие и удобную зимовку. 28 октября 1708 года Иван Мазепа во главе отряда казаков прибыл в ставку Карла.
Из многотысячного украинского казачества, (реестровых казаков насчитывалось 30 тыс., запорожских казаков — 10-12 тыс.), Мазепе удалось привести всего около 10 тысяч человек. Но и те вскоре начали разбегаться из походного лагеря шведской армии. Таких ненадёжных союзников, которых осталось около 2 тысяч, король Карл XII не решился использовать в битве под Полтавой.
30 апреля 1709 шведские войска, вторгшиеся на территорию России, начали осаду Полтавы. Под руководством полковника А. С. Келина её гарнизон в составе 4,2 тыс. (Тверской и Устюжский солдатские полки и по одному батальону еще от трех полков - Пермского, Апраксина и Фехтенгейма), 2 тыс. казаков Полтавского казачьего полка (полковник Иван Левенец) и 2,6 тыс. вооружённых горожан успешно отбил ряд штурмов. С апреля по июнь шведы предприняли 20 штурмов Полтавы и потеряли под её стенами более 6 тысяч человек. В конце мая к Полтаве подошли главные силы русской армии во главе с Петром. Они расположились на противоположном от Полтавы левом берегу реки Ворсклы. После того как 16 июня на военном совете Пётр решился на генеральное сражение, в этот же день передовой отряд русских форсировал Ворсклу севернее Полтавы, у деревни Петровка, обеспечив возможность переправы всей армии.
19 июня главные силы русских войск совершили марш к переправе и на следующий день перешли Ворсклу. Пётр I расположил армию лагерем у деревни Семеновка. 25 июня русская армия передислоцировалась ещё южнее, заняв позицию в 5 километрах от Полтавы, у деревни Яковцы. Общая численность двух армий впечатляла: русская армия насчитывала 42 тыс. солдат, по другим данным - 60 тыс. солдат и 102 артиллерийских орудия. Карл XII располагал до 37 тыс. солдат (в т.ч. до десяти тысяч запорожских и украинских казаков гетмана Мазепы) и 41 орудием (30 пушек, 2 гаубицы, 8 мортир и 1 дробовик). Непосредственно в Полтавском сражении принимало участие меньшее количество войск. С шведской стороны около 8000 пехоты (18 батальонов) и 7800 солдат кавалерии, около 1000 солдат нерегулярной кавалерии, а с русской стороны — около 25000 пехотинцев, часть из которых, даже присутствуя на поле, не принимали участие в боестолкновении. Кроме этого с русской стороны в бою участвовали конные подразделения численностью 9000 солдат и казаков. С русской стороны в бою были задействованы 73 артиллерийских орудия против 4 шведских. Заряды для шведской артиллерии были почти полностью израсходованы за дни осады Полтавы.
26 июня русские начали строить передовую позицию. Было возведено десять редутов, которые заняли два батальона пехоты. Позади редутов находились 17 кавалерийских полков под командованием А. Д. Меншикова.
Карл XII, получив сведения о скором подходе к русским крупного калмыцкого отряда, решил атаковать войско Петра до того, как калмыки совсем нарушат его коммуникации. Раненый на рекогносцировке 17 июня, король передал командование фельдмаршалу К. Г. Реншильду, который получил в свое распоряжение 20 тыс. солдат. Около 10 тыс. человек, в том числе украинские казаки Мазепы, остались в лагере под Полтавой.
