В июне 1709 года обе неприятельские стороны вблизи Полтавы готовились к решающему бою. Возможности у них были неравные. По подсчетам историка-архивиста А. Васильева, в Полтавском бою было 60 тысяч русских (по данным историка П. Кротова — 37834 человека). Вместе с тем эти подсчеты (и заниженные, и завышенные) не случайны. Ведь к Полтаве были стянуты большие резервы русской армии. И в зависимости от того, сколько их принимать во внимание, можно выводить ту или иную цифру.
Проигрышный счет Карла ХІІ
Отметим, что через неделю после Полтавского боя, 6 июля, Петр І провел для пленных шведов смотр своей армии: полки насчитывали 83500 человек регулярного строя и 91 тысячу нерегулярного, 2 тысячи «артиллерийских служителей». Эта демонстрация силы шокировала солдат короля.
По-другому — в лагере гетмана и Карла ХІІ. Перед Полтавской битвой под руководством Мазепы было в целом до 13—14 тысяч человек — 7000 запорожцев, до 3000 казаков, сердюков, компанейцев, полтавские, гадячские полчане — свыше 3000 человек.
В шведской армии насчитывалось около 25 тысяч воинов и 28 пушек. Только на четырех из них шведы имели порох и ядра. Всего в составе шведско-мазепинской армии было 37—40 тысяч человек — почти в четыре раза меньше, чем у неприятеля.
За несколько дней до решающего боя украинские части были подготовлены и выставлены перед позицией русских. «Гетман Мазепа был там тоже, — вспоминал барон Натан Зильтман, — и привел своих казаков, которые вместе с запорожцами на правом и левом крыле держали фланги, а также отдельно от шведов осаждали русских казаков и калмыков справа от московского ретраншемента вблизи малой горы».
По воспоминаниям Д. Крмана, в те дни к Мазепе пришла пророчица, которая сказала, что победу «ни он, ни король Полтавы не одержат и что вблизи окруженной Полтавы будет большое кровопролитие». Гетман рассказал про услышанное Карлу ХІІ. Тот сказал, что доверяет своему богу и справедливому делу.
Вестник не позвал мазепинцев в бой
Все жили предчувствием развязки. Гетмана, великолепно одетого, видели на чистокровном коне, когда он утром несся по передовой. Король посоветовал ему спрятаться в обозе, чтобы не произошло ничего плохого.
На Мазепу, действительно, охотились русские шпионы. Как-то десяток с лишним их ворвались в квартиру гетмана, чтобы его захватить. Но шведская охрана их прогнала.
Генеральная баталия должна была начаться 29 июня, но накануне перебежчик из русского лагеря сообщил, что 28 июня на помощь царю придут 40 тысяч калмыков хана Аюки. Это заставило Карла ХІІ вывести полки навстречу противнику раньше и в 2 часа ночи 27 июня начать бой.
В нем приняли участие, как рассказал позже пленный шведский главнокомандующий Реншельд, 19 тысяч шведов (другие 1300 осаждали Полтаву, до 5000 охраняли переправы в Новых Санжарах и Кобеляках. — Авт.) и 11—12 тысяч мазепинцев.
Карл ХІІ хотел неожиданно напасть на превосходящие силы противника и взять инициативу в свои руки. Однако из-за плохой подготовки к бою, слабого знания местности шведы вышли к русским редутам, когда начало светать, и их заметили. Несмотря на профессионализм воинов Карла ХІІ, их могучий натиск лишь в начале имел определенный успех. В дальнейшем же удобная позиция русских, редуты, плотный артиллерийский огонь способствовали сломлению боевого духа наступающих. Они оказались под плотным огнем, понесли значительные потери.
Как записал походный историк короля Г.  Адлерфельд, Кальмарский полк «почти полностью был уничтожен одним залпом пушек», «то же самое было и с Упландским полком, где полковник Штырнбок, подполковник Пост и майор Апреп были убиты при первом залпе». Именно активным действием русской артиллерии объясняется гибель нескольких тысяч шведов в начале боя.
При этом немало атакующих подразделений утратили связь с командованием, другими полками. К Мазепе не пробился ни один гонец, даже генерал-адъютант короля А. Гильденклу, чтобы гетман выслал свой козацкий резерв из Пушкаревки в помощь союзникам.
Большая часть мазепинской армии была во втором эшелоне наступающих.
«Между конницей шведы поместили пехотинцев, — отмечал в дневнике упоминавшийся Д. Крман, — а козаков и волохов поставили на обоих крыльях». На левом крыле находились запорожцы. В их сторону была направлена контратака многотысячного корпуса калмыков. Сначала среди запорожцев произошло замешательство, и они начали убегать. Однако, писал Д. Крман, несколько прибывших шведов с острыми мечами вернули их обратно, и снова был восстановлен порядок.
Шведский старшина Вейге в воспоминаниях отметил важную роль мазепинцев: «Наши запорожцы застрелили своими тянутыми ружьями много из московской пехоты, так что она скоро потом, увидев наше подмогу, отступила через заросли, и король также малым объездом повернул под Полтаву».
Казаки и запорожцы отогнали вражескую конницу, которая после боя пыталась схватить короля и его окружение.
Карл ХІІ еще бодрился, хотел драться с русскими до последней капли крови. Мазепа, прибыв в шведскую ставку, стал убеждать его объявить немедленное отступление в турецкие владения.
Об этом же заявили генералы короля. Лишь после настойчивых уговоров он согласился на отход.
Карл ХІІ и Мазепа отъехали вместе в коляске генерала Мейерфельда. За ними поспешили те, кто спасся.
Капитуляция
Полтавская баталия завершилась полнейшим поражением шведско-украинского войска. На месте битвы победившая сторона обнаружила 8619 убитых шведов. Еще в ходе побоища 2977 шведов попали в плен. Организованное русскими преследование тоже дало результаты: вблизи Днепра практически вся королевская армия, не имея средств для переправы, сдалась. Почти 23 тысячи офицеров, солдат, сопровождающего персонала со временем были отправлены в ссылку.
Иная судьба ожидала их союзников. Несколько тысяч мазепинцев как предатели беспощадно истреблены в течение 28 июня — 4 июля 1709 года. Шведские пленные стали свидетелями колесования, повешения пойманных запорожцев, казаков, принимавших участие в Полтавской битве. Им также отрубали руки, ноги, головы. Все пространство от Полтавы до Днепра орошено кровью тех, кто попал под горячую руку победителей.
Согласно «Дневнику военных действий», после Полтавского боя похоронено 13281 «побиенных неприятельских тел». Если от этого количества погибших отнять 8619 шведов (по другим данным — 9234), то получим 4000—4600 преимущественно забитых казаков, запорожцев. Хронист Петра І Голиков назвал несколько другую цифру потерь украинцев — «изменников козаков до 8000».
Под Переволочной сдались на милость царя несколько генеральных старшин, которые должны были вместе со шведской армией вывести остатки украинской армии в Крым. Очевидно, взамен они просили гарантировать им жизнь. Согласно допросам от 14 июля 1709 года среди капитулянтов были: генеральный судья Василий Чуйкевич, генеральный есаул Дмитрий Максимович, полковник Дмитрий Зеленский, компанейский полковник Юрий Кожуховский, сердюкский полковник Яков Покотило, мелкие чиновники Антон Гамалия, Семен Лизогуб, канцелярист Григорий Григорович и писарь Яков Гречаный. Смертную казнь им заменили ссылкой.
2700 казаков, которые были с ними, помиловали. Им запретили носить оружие и перевели в состояние посполитых.
 
Чернигов.