І цар, і Мазепа разом із Карлом XII намагалися залучити на свій бік запорозьких козаків. Цар відправив на Січ послів із дарунками й великими грішми, прагнучи підкупити запорозьку старшину, але з цього нічого не вийшло. Пізніше туди прибули посланці гетьмана: генеральний писар Орлик, генеральний суддя Чуйкевич, київський полковник Мокієвський, бунчуковий товариш Мирович.

Запорозька Січ протягом усього свого існування залишалася найдемократичнішим осередком в Україні. Тому в запорозьких козаків були дуже напружені стосунки з гетьманом Іваном Мазепою. Вони протистояли його соціальній політиці, а також були незадоволені тим, що гетьман, здійснюючи плани Москви, будував на землях Запорозької Січі царські фортеці.

Кость Гордієнко — один із найвидатніших кошових отаманів — особисто ставився вороже до Івана Мазепи. Однак, коли експансіонізм московського царя щодо України проявився з усією очевидністю, як і намір Петра І остаточно розтрощити українську державність, коли найжиттєвішим інтересам українського народу почали завдаватися нищівні удари й нависла загроза знищення козацтва, а також суцільного закріпачення селянства, запорозькі козаки згуртувалися навколо Мазепи — носія великої загальнонаціональної ідеї незалежної самостійної Української держави. Рішуче й енергійно підтримав Мазепу й Кость Гордієнко. 23 березня він виступив на Січовій раді. Спочатку там вислухали московських послів. Потім зачитали листа від Мазепи. Гетьман перелічував усі кривди, які царі завдавали Україні, котра за допомогою шведів зможе, нарешті, скинути московське ярмо й вибороти собі свободу. Патріотична промова кошового отамана вплинула на учасників ради. Вони одностайно вирішили приєднатися до Мазепи.

30 березня Карл XII прийняв у Будищах запорозьких послів, що привезли йому листа від свого кошового отамана, в якому він повідомляв про прийняття опіки шведського короля й готовність йти на жертви заради виборення Україною свободи. Того ж часу запорожці на чолі з Костем Гордієнком розгорнули бойові дії проти царських військ, що змінило на краще воєнну ситуацію для козаків і шведів, які знищили царську залогу в Кобеляках, ряд сторожових загонів, очистивши таким чином територію України до Дніпра.

6 квітня Гордієнко прибув до Будищ на чолі восьмитисячного запорозького війська, їх урочисто зустріли дві тисячі гетьманських козаків на чолі з двома полковниками. Мазепа приймав Гордієнка з його почтом у колишньому маєтку Кочубея в Диканьці. У великому залі біля столу, на якому лежали гетьманські клейноди, кошовий отаман, вклонившись гетьману, схилив перед ним бунчук на знак пошани. Вони обмінялися промовами. Потім Мазепа влаштував для гостей бенкет.

Наступного дня відбулася зустріч Гордієнка та запорожців із Карлом XII. Шведський полководець і король виявив пієтет до запорожців, високо цінуючи їхнє мистецтво, величезний престиж національного війська. Гордієнко, зі свого боку, дав високу оцінку шведським воякам, а королю висловив подяку за те, що він прийшов допомагати визволяти Україну.

Гетьман склав із кошовим договірну умову, до якої шведський король приєднав своє зобов'язання, не підписувати з царем миру, доки Україна не буде вільна від московського панування. Мазепа склав присягу у своїй резиденції, а запорожці — в будищанській церкві. Запорозькі посланці, до яких приєдналися представники вгд шведського війська, повернулися на Січ. Вони везли лист короля й гроші в дарунок, до яких гетьман додав ще 50 тисяч золотих дукатів.

У той час, як запорожці вели ці переговори в головній квартирі шведського короля, запорозький загін розбив військове з'єднання московського генерала Шаумбурга під містечком Нехворощею й доставив Карлу XII кілька сот полонених. Приєднання запорожців було для шведів дуже своєчасним, бо вони мали велику потребу в кінноті. Нагадаємо: значна частина шведської кінноти була знищена під час зимової кампанії. Безпосередні комунікації з Січчю на дніпрових островах були головним шляхом для контактів із Кримом і Туреччиною, з якими Карл XII проводив переговори, прагнучи втягнути їх у війну з Московією.

Союз Запорозької Січі з гетьманом Мазепою й шведами поза політичною та військовою вагою мав ще й моральне значення. Запорозькі козаки, які завжди боронили православні церкви та козацькі вольності, захищали селянство від панів і боролися проти панування чужинців, користувалися шаною, любов'ю й довірою серед нижчих прошарків українського населення. Участь запорожців у цьому союзі визначала його справедливість для народних мас України. Тому протягом кількох днів до союзних військ приєдналося багато добровольців, а селяни забезпечували військо харчами.

На початку травня армія Карла XII, просуваючися на південь, дійшла до лінії Ворскли й тут облягла Полтаву з її фортецею. Шведські дослідники вважають, що Карл XII як прихильник активної, наступальної стратегії прагнув завдати рішучого удару головним силам ворога, знищити їх у генеральній битві. Через облогу Полтави Карл сподівався втягти в битву царську армію. Рішуча перемога, на думку Карла, забезпечила б йому також нових союзників, зокрема турків і татар.

Українсько-шведська армія розташувалася навколо полтавських мурів. Запорожці — великі майстри фортифікаційної справи — почали копати окопи довкола Полтави. Меншиков використав сприятливу для нього військову ситуацію, щоб виконати наказ царя про .зруйнування Січі, де залишилося обмаль козаків, оскільки більшість пішла за Мазепою. Царське військо, очолене полковником Яковлевим, розділилося на два загони: один із них плив човнами Дніпром, другий ішов правим берегом за човнами. Перший загін легко й несподівано оволодів козацькою фортецею Кодак і подолав пороги. 18 травня Яковлев дістався до Кам'яного затону й відправив парламентарія з листом від Меншикова, який владно вимагав козаків піддатися йому. Запорожці кинули посла у воду.

Чортомлицька Січ розташувалася на острові, котрий омивали, як тоді казали, вісім річок. Під час повені він справді був неприступний. Перша спроба солдатів Яковлева пристати до берега на легких човнах закінчилася для них фатально. Більш як тисяча солдатів потонули, ті, хто потрапив у полон, були знищені. І знову, як і к Батурині, знайшовся зрадник. Козацький полковник Га-лаган, який у молоді літа жив на Січі, добре знав усі шляхи до неї. Спочатку Галаган пішов за Мазепою, але потім покинув його. Мабуть, прагнучи довести свою лояльність щодо царя, він пішов на зраду і ввів непомітно солдатів у Січ. Козаків було всього кілька сот, але вони билися хоробро й відчайдушне. Галаган і Яковлев пообіцяли тим, хто добровільно здасться, зберегти життя. Насправді ж, над тими, котрі цьому повірили, вчинено криваву різню. «Голови луплено, шию до плахи рубано, вішано і інші тиранські смерті завдавано, мертвих із гробов многих не тільки товариства, но і чернецов луплено і вішано». Галаган полював на запорожців на шляхах, у степових сховищах, спійманих висилав до Москви. З Січі були вивезені гармати, державний скарб і прапори.

6 липня під Полтаву прибуло 70 тисяч добірного царського війська. Шведсько-українського війська було вдвоє менше. 7 липня Петро видав маніфест до своєї армії. У ньому цар звично таврує Мазепу «підлим зрадником», але вже не звинувачує його, як раніше, у зраді на користь Польщі. По суті Петро І визнав, що гетьман, бажаючи «відділити Україну від Росії», прагнув самостійності України — «зробити з неї незалежне князівство і залучити до нього Волинь».

Генеральна битва відбулася восьмого липня. Першими в неї вступили шведи, які о восьмій годині ранку почали наступ на російські редути. Полтавська битва має величезну літературу багатьма мовами. У численних працях докладно описано хід битви, визначаються причини поразки шведської армії, котра до того вважалася непереможною. Воєнні історики проаналізували стратегію й тактику обох воюючих сторін, прокоментували плани і дії Карла XII, Петра І, їхніх воєначальників. Думки і оцінки різних авторів досить часто не збігаються. Найбільше сходяться на тому, що до поразки спричинилася значна кількісна нерівність сил, що діяли під Полтавою, а також неможливість Карлу XII внаслідок поранення особисто керувати боєм.

Призначений королем головнокомандуючий маршал Ренскіоль не розвинув далі перший, дуже вдалий натиск шведських частин на російське військо. Відкинуті солдати Петра безладно тікали до свого табору. Взагалі перший етап Полтавської битви складався кепсько для Петра І, й він подумував про відступ. Проте виявилося, що Ренскіоль не володів ситуацією, командуючі окремих з'єднань сперечалися між собою під час операції. Через це у шведській армії виникло безладдя, яке перейшло в паніку. Не могло врятувати становища й те, що окремі шведські частини героїчно, відчайдушне, до останнього протистояли наступу царських військ. Велика кількість шведських вояків разом зі своїми генералами й маршалами потрапила в полон.

Битва велася між шведськими і царськими військами. Козаки майже не брали в ній участі. Однак ті з них, хто потрапив у полон, зазнали великих мук і знущань від царських катів. Усі вони загинули від тортур. Іван Мазепа не брав участі в бою й не виходив із свого намету. Гетьман з'явився поруч із Карлом XII, коли той почав відступати.

Полтавська катастрофа, з огляду на подальші події та майбутню долю України, була для неї національною трагедією. Полтавська битва стала початком рабства й колоніальної залежності України. Петро І одержимо винищував дощенту все, що стосувалось імені Мазепи і української державності.

Частина шведського війська згуртувалася навколо пораненого короля, якого на ношах буквально витягли з перехресного вогню. Вирішили відійти у володіння турецького султана, скориставшися тим, що цар Петро, святкуючи свою перемогу, прогаяв час і не організував переслідування. Король ще поривався вступити в бій і краще загинути на полі бою, ніж ганебно відступати. Однак генерали й Мазепа переконали його, що цар, захопивши короля в полон, примусить його підписати договір, ганебний для Швеції.