Вечером 26 июня вся шведская армия была выстроена к атаке и простояла на месте около шести часов. В два часа ночи шведы приняли боевой порядок. Надеясь застать русских врасплох, они двинулись вперед. Карл планировал в полной темноте и тишине миновать систему редутов, подойти к русскому лагерю и отрезать его от единственного моста на Ворскле. Вышедших из лагеря русские войска предполагалось ударить в лоб и разбить. Если бы русские войска остались в лагере, их предполагалось взять измором. Шведским батальонам необходимо было пройти четыре километра. Формально командование армией Карл передал фельдмаршалу Реншильду. Пехотой командовал генерал Левенгаупт, генералы Спарре и Штакельберг, конницей — принц Вюртембергский. Самого короля на носилках несли его телохранители-драбанты.
Русские, конечно, не спали, а ждали шведов, которые были мгновенно обнаружены украинскими казаками. А. Меншиков резко направил кавалерию вперед, за редуты и атаковал шведские колонны, даже потеснив шведскую пехоту. Навстречу русским драгунам вынеслась шведская кавалерия. Два часа продолжался кавалерийский бой. Шведам не удалось отбросить всадников Меншикова, которых поддерживали огонь с редутов и конная артиллерия. Первое шведское знамя было взято унтер-офицером Нижегородского полка А. Антоновым.
Упорство русской конницы и огонь с редутов вынудили Карла передвинуть войска к опушке Будищенского леса. Колонны, несшие потери, хотели обойти линию редутов с севера, но Меншиков закрыл брешь между редутами и Будищенским лесом. Драгуны ожесточенно рубились с противником, взяв 14 шведских штандартов. Пехотная колонная Росса потеряла много людей и Реншильд направил ей на помощь кавалеристов Шлиппенбаха. Шведские полки выстроились перед редутами, Росс и Шлиппенбах угрожали фланговым ударом — Петр передал Меншикову приказ пятью кавалерийскими полками и пятью пехотными батальонами уничтожить шведов в Яковецком лесу. Генералу Боуру предписывалось принять командование кавалерией и отойти на правый фланг главной армии.
А. Меншиков блестяще выполнил приказ. Его полки и батальоны бегом прошли вдоль линии редутов с правого фланга на левый и атаковали пехотинцев Росса и кавалеристов Шлиппенбаха, который был взят в плен. После ожесточенного рукопашного боя в пятом часу утра большая часть шведов была порублена. Остатки колонны бросились к Полтаве, где были уничтожены гарнизоном города-героя. В начале сражения шведская армия потеряла 6 батальонов пехоты и 12 конных полков. Меншиков вернулся к Петру.
Карл приказал атаковать редуты. В пять часов утра шведы взяли два недостроенных редута, но дальше продвинуться не смогли, понеся большие потери. Король приказал своим войскам любой ценой пройти через редуты. С большими потерями под сильным огнем к шести утра шведские колонны прошли редуты и радостно атаковали медленно отступавшую колонну Боура. Русские отошли до валов укрепленного лагеря армии. До валов шведским колоннам оставалось пройти всего полсотни шагов, когда конники Боура мгновенно отошли на фланги. По шведам в упор ударили восемьдесят русских пушек. Несколько залпов ядрами, картечью и гранатами вызвали ступор у атакующих. Впервые в истории военного искусства массированный удар почти сотни русских пушек буквально снес шведскую армию к Будищенскому лесу. «Природные шведы» в панике бежали к спасительной лесной опушке. Сам Карл с трудом построил свою армию в боевой порядок.
Петр заволновался, что истрепанный Карл может отказаться продолжить битву и быстро вывел свои войска из лагеря. В половине седьмого утра две армии стали выстраиваться друг против друга. В резерве остались восемь батальонов. Солдаты Лефортовского, Ростовского, Троицкого, Еренадерского, Апраксина и Рендаля полков просились у Петра в бой и царь пообещал, что резерв не останется без дела.
Петр выстроил свою армию в две линии, 24 батальона в первой, 18 — во второй. Батальоны одного полка стояли друг за другом. Боевой порядок стал устойчивее, солдаты второй линии поддерживали своих товарищей. На правом фланге встали 18 драгунских полков, на левом — 6. Полковая артиллерия развернулась в боевых порядках, полевая осталась в лагере. 32 000 русских воинов в двух линиях ждали шведов.
Карл выстроил 18 000 шведов в одну линию. Четырем шведским пушкам готовились ответить 55 полковых и 13 конных пушек. Полевая артиллерия в лагере стояла на оборудованных позициях и имела пристрелянные ориентиры. Орудия полностью прикрывали всю русскую пехоту.
На флангах 18 шведских батальонов прикрывали 29 кавалерийских эскадронов. В центре Карл сдвоил несколько батальонов один за другим. Они должны были в одном или двух местах прорвать русский фронт.
Первая русская линия была длиннее шведской, и Петр отправил шесть драгунских полков помочь казакам Скоропадского закрыть шведам пути отступления на Правобережную Украину и в Польшу. «Больше побеждает разум и множество» — сказал Петр. Теперь оба фронта были примерно равны по численности.
В 9 часов утра шведская и русская армия пошли друг на друга. Русская артиллерия била картечью и шведы с трудом держали строй. Ядром были убиты лошади, которые несли носилки Карла. Короля подхватили драбанты и другое ядро разнесло носилки.
На расстоянии тридцати метров друг от друга первые ряды обеих армий дали ружейные залпы. Русские «стояли, как железные стены» и шведы по всей линии фронта с ревом бросились в штыковую атаку. Сдвоенный батальон шведов ударил по Новгородскому полку. Новгородцы, на треть сократившие нападавших, яростно огрызались, но устоять не смогли и были отброшены. В образовавшуюся брешь с криками врывались сотни сине-желтых мундиров. «Сеегер!» — торжествующе загремело над полем. Создалась реальная угроза прорыва линии фронта. Петр Первый лично повел в атаку сразу несколько батальонов второй линии. Во фланги прорвавшихся врезались преображенцы и ингерманландцы. В яростной рукопашной она пуля прострелила шляпу Петра, вторая застряла в седле, третья ударила в грудь и прогнула стальной офицерский знак царя-воина. Четыре залпа в упор ставших на колено новгородцев остановили шведов и русские закрыли брешь. Ужасающий рукопашный бой по всей линии фронта шел уже два страшных часа. Штыки наталкивались на сабли, приклады ломали пики и алебарды. По Полтавскому полю катился сумасшедший клубок сражающихся. На поле битвы, которого не было видно из-за пороховой гари, стонал сам воздух, и шведы ринулись в последнюю яростную атаку, которую было невозможно удержать. Русские выдержали невыдерживаемый удар. По приказу Петра вторая линия влилась в первую и русская сила отчаянно и неотвратимо пошла вперед. Казалось, Петр находился по всей линии русского фронта. Гренадеры врубились в шведские боевые порядки сразу в нескольких местах и неглубокая уже шведская линия начала пятиться. Шведская гвардия под королевским штандартом умирала молча. Штыковая свалка была везде:
«Тесним мы шведов рать за ратью;
Темнеет слава их знамен,
И Бога браней благодатью
Наш каждый шаг запечатлен».
Драгуны Меншикова обошли правый фланг шведской армии. Кавалеристы Боура отбросили шведские конные заслоны левого фланга и атаковали пехоту. Шведское сопротивление было все-таки сломлено русским напором. Напрасно отчаявшийся Карл, у ног которого лежали двадцать убитых драбантов, кричал: «Шведы! Шведы! Вспомните Нарву!» Нарва не вспоминалась, а отступление переросло в паническое бегство. Беспорядочная масса, еще час назад бывшая лучшей армией Гвропы, летела к своему лагерю. Русская конница пошла вдогон:
«Но близок, близок миг победы.
Ура! Мы ломим, гнутся шведы.
О славный час! О славный вид!
Гще напор — и враг бежит!
И следом конница пустилась,
Убийством тупятся мечи,
И падшими вся степь покрылась,
Как роем черной саранчи».
Кровавый бой закончился. Все поле было покрыто трупами. Деморализованные шведы отошли к Старым Санджарам. Позднее Петр писал в Москву: «У нашей пехоты только одна линия, в которой с десять тысяч не находилась, с неприятелем в бою была, а другая до того боя не дошла, ибо неприятели, будучи от нашей первой линии совершенно опрокинуты и побиты и прогнаны».
Карл отступал к Днепру, спасая хотя бы часть своей армии. Вечером 27 июня Петр отправил за ним измотанные кавалерию Боура и полки Голицына, а сам стал приводить в порядок армию и подводить итоги Полтавской битвы. Солдаты еле стояли на ногах. Необходимо было спасать раненых, похоронить павших русских воинов. «Виват!» — катилось по всему полю русской славы. Вечером длинного летнего дня Полтавской победы Петр сказал слово героям-воинам: «Сына Отечества, чада мои возлюбленные! Потом трудов моих создал я вас. Без вас государству, как телу без души, жить невозможно. Вы не щадили живота своего и на тысячу смертей устремлялись безбоязненно. Храбрые дела ваши никогда не будут забыты потомством».