结盟对抗瑞典的消息传到斯德哥尔摩，皇家会议马上召开，商讨应变的策略。大多数人的判断是必须和缔约同盟的一方单独订立片面的和约。查理静默地聆听议会的辩论后，突然站起来。“先生们，”他说，“我曾经决定不参加不公平的战争，但是，我也不会让敌人不受到毁灭，就结束一场正义的战争。”他弃绝所有的享乐、奢侈、女人并且禁酒。陆军与海军随时备战。1700年4月24日，他率领大军由斯德哥尔摩出发，开启了历史上征战生涯中最壮观的一页。从此，他再也没有重睹故乡的机会了。
他先指向丹麦，这是为了将来面对波、俄联军时，可以保护南方边区免受丹麦人的夹击。他的兵舰以惊人的勇敢和速度横过松德海峡的东边——这是一般人认为不能航行的线路——登陆西兰岛（Sjaelland），距离哥本哈根仅几英里之遥（1700年8月4日）。丹麦王腓特烈四世害怕首都沦陷，急忙签订《特拉芬得和约》（8月18日），赔款20万银币，并声明永远不会攻打瑞典。
1700年5月，奥古斯塔斯二世企图攻占里加，后为75岁的瑞典老将艾利克·德博（Erik Dahlberg）伯爵所败。后者擅长防御工事，早有“瑞典的沃邦”之誉。奥古斯塔斯只得求助于彼得出兵英格利亚，以解除他的压力。彼得命令4万人包围纳尔瓦。查理十二为了帮助德博将军，率军越海到达里加海湾附近的帕尔努（Pernau）。发觉胜券在握，他马上挥军北上，越过泥泞而危险的危道峻岩，突然出现于俄军背后。沙皇的反应显得懦弱，不堪一击。他避开军队（以陆军中尉身份），逃到诺夫哥罗德和莫斯科。也许，他知道他这么一跑，将使俄军全军溃散。然而，他觉得自己活着总比死去对俄国更有价值。因此，他不能战败被俘。4万名俄军在无能的马札儿亲王卡尔克罗伊（Carl Eugene de Croy）的指挥下，被查理的8000瑞典军打败（1700年11月20日）。这是彼得成年生涯中的第一次败退。
瑞典将领们力劝查理乘胜追击，一举攻下莫斯科，擒服彼得。不过，他的军队太少，冬天又已来临，更何况还须在敌人的国境上供应军队的粮饷。其次，他能够肯定丹麦王或丹麦人不会趁他远离故土之际，举兵反攻吗？几经考虑，他重组利沃尼亚的行政组织和防御工事，然后挥军南攻波兰，不费太大力气攻下华沙（1702年），就像40年前他的祖父所做的那样。他排斥奥古斯塔斯，另派斯坦尼斯拉斯·莱什琴斯基（Stanislas Leszczynski）为波兰国王（1704年）。联军都被他打败了。不过，此时那只俄国熊才开始进行反攻呢！
彼得不仅从惊慌中安定下来，还另组一支装备齐全的军队。为了装备炮兵，他下令征集所有教会和修道院的钟，以另铸大炮。300门大炮很快铸成，他还设立一所专门训练炮兵的学校。这支新军很快打了几次胜仗。彼得亲自指挥炮兵，攻下涅瓦河口的尼斯肯斯（Nienskans，1703年）。在这里，他立即兴建彼得堡。这并不意味着他要以此地为新都，而是说，他必须有一个通往海洋的港口。查理忙于波兰的争战时，彼得再次出现在涅瓦河岸。那里只有少许的瑞典驻军，结果全城惨遭屠杀（1704年8月20日）。胜利者为了洗雪前仇，不惜大力杀戮。一直等到彼得亲手杀掉杀人如麻的12名俄军，才算终止这场血腥遍野的惨剧。
查理在波兰的胜利，眼看就要完成。黜废的奥古斯塔斯承认莱什琴斯基为新王，退出联军，并交出组成联军的祸首。帕特库利被处以磔刑，再加以砍首示众（1707年）。彼得发觉自己孤独地对抗这位年轻的瑞典恐怖者：他试图买通英国使节交涉和平谈判，后者拒绝。彼得的手下直接去求马尔巴勒，他同意了，不过，须以俄国爵位为条件。彼得允许他在基辅、弗拉基米尔、西伯利亚任选一地，而且每年有5万银元的赏金及“欧洲君王拥有的红宝石”。但这些条件都谈不成。西方的政客们同情查理，厌弃奥古斯塔斯，害怕彼得。有些人觉得如果允许俄国西向，那么，欧洲将在斯拉夫的洪水面前颤抖。
1708年1月1日，查理指挥4.4万人马横越维斯杜拉河不太安全的冰河，其中大半为骑兵。26日，抵达格罗德诺（Grodno），正好是彼得撤走后的两个小时。沙皇决定以深广的国土来抵御，他下令军队撤退，引诱查理逐步深入俄境的旷野，然后施行“焦土政策”：命令农民把谷物埋在地下或雪地里，把牛羊驱赶到附近的森林或沼泽。他委任哥萨克酋长马兹帕（Ivan Mazeppa）保卫小俄罗斯和乌克兰。马兹帕曾经在波兰宫廷当过侍从，一位被他戴绿帽子的贵族把他赤身裸体地绑在一只尚未驯服的乌克兰野马上。这匹马受到皮鞭的痛打和耳边暴烈的枪声刺激，惊慌乱闯，冲过丛林，回到老巢。马兹帕虽然全身鲜血淋漓，却活下来了，后来一跃成为札波克（Zaporogue）地区哥萨克的领袖。他对彼得假示忠心，内心里实对沙皇的专制深感不满，只是在静等机会。一听到彼得退却、查理挥军向前的消息，他觉得时机来临，不可错过，便马上向查理提出合作的请求。
也许正是因为这项请求，促使查理继续前进。“焦土政策”越来越见效果，瑞典军眼望遍野的荒土，开始受到饥饿的威胁。查理依赖里加转来的援助，途中却遭受俄人的破坏，物资损失大半。查理希望马兹帕能够带来粮秣和第聂伯河所有哥萨克人的支援。不过，彼得先得一着，提早派遣军队，由梅尼希科夫（Aleksander Danilovich Menshikov）指挥，直捣马兹帕的老巢。这位酋长来不及组军，匆忙逃往荷奇（Horki），身边只带着1300人马前去求见查理。查理只得挥军南下，攻打马兹帕的根据地白亭（Baturin）和它的补给线。可是，梅尼希科夫率先抵达，把全城烧成废墟，另外指派一名亲俄的酋长。彼得运用各种计策，避免哥萨克人加入瑞典军，宣称侵略者是破坏真神教条和撕裂圣母玛利亚的异端。现在查理只好求助于鞑靼人和土耳其人，希望他们会因彼得攻打亚速而出兵报复。
可是，援兵没有及时来临。1708年至1709年的冬天，对于瑞典军来说，真是一场可怕的梦魇。欧洲各处遭遇严寒：波罗的海结冰数尺，辎重货车只好滑冰渡过松德海峡；德国的作物冻萎殆尽；法国莱茵河、威尼斯运河都覆盖着层层冰雪；乌克兰的雪花由10月1日飘到4月5日，鸟雀正在天空飞行即被冻死掉落，口中唾液流到地上；酒和酒精凝结成固体；柴火不得取暖；冰冷的雪风，像刀子似的横扫旷野，打在他们的脸上。查理的士卒，虽因饥寒死去2000多人，仍然坚韧不拔地效忠。“你可以看到，”一位目睹者说，“有些人缺手断脚，有些人削耳割鼻，更有许多人像四脚兽一样地爬行。”查理激发他们继续前进，鼓舞士兵说彼得的主力就在面前，只要一仗就可赢得全面的胜利。各地的敌军，在荷洛辛（Holowczyn）、撒克万（Cerkovn）、奥普雷沙（Opressa），都被他的优越指挥和上下的勇迈所败。他经常必须面对军力比他大上十倍的敌军。那年冬天一过，本来就少的军队又由4.4万人减为2.4万人。
1709年5月11日，瑞典军抵达第聂伯河岸波尔塔瓦（Poltava），距离哈尔可夫（Kharkov）西南85英里。在此地，瑞典军终于遇见了俄军主力，约有8万人。在巡视地形时，不小心腿部中了一枪，查理冷静地自己用刀子取出子弹，对伤口并不太在意，返回基地后，整个人昏倒过去。他把统率权交给卡尔·伦斯可（Carl Rehnskjoll）将军，并下令隔日必须出击（6月26日）。起初，这支在查理手下未曾吃过败仗的瑞典军，早已收拾妥当，随时应变。为了维持他们的效忠，查理不得已躺在担架上指挥，敌军的炮火震得他摇摇欲坠。彼得此时名义上虽然还是一位小中尉，却身先士卒，跑到前线作战，有颗子弹擦过帽檐，另一颗子弹正好射中他胸前的金十字架，才使他幸免于难。以前他们接受的炮兵训练和装备，现在都派上用场。他的大炮比瑞典的每次多发5枚。瑞典军的军火耗尽后，步兵便惨遭俄军炮火的袭击。眼看着败军在即，骑兵立即投降，查理自己骑着马和马兹帕的1000多人马，越过第聂伯河，投奔土耳其。瑞典伤亡近4000人。俄军死伤4635人，却掳获了18670名俘虏，包括3位将军和许多官员。彼得故意善待官员，其他战犯则必须筑城和服劳役。莱布尼茨表明他的善意，根据俄国兵团的快速壮大，下结论说上帝站在俄国的一边。彼得同意他的见解。靠“上帝的帮助”，他曾经写道，“彼得堡的基础将可稳若泰山了”。
这场战争的影响很深远。莱什琴斯基逃往阿尔萨斯，奥古斯塔斯重得王位。俄国取得波罗的海和所有乌克兰的宗主权。丹麦重新加入反瑞典的联军，攻打斯堪尼，不过被阻挡了。普鲁士的腓特烈·威廉取得斯德丁、荷尔斯泰因和部分波美拉尼亚。俄国的声势顿时水涨船高。路易十四要求与彼得合作。彼得婉拒，不过同意两国互派使臣往来。
查理并不承认自己已经一败涂地。土耳其曾经与俄国有过纠纷，因此对这位避难前来的国王礼遇有加。在靠近德涅斯特河（Dniester）附近的本德（Bender），查理有了自己的皇宫，艾哈迈德三世苏丹还补给他和8000名手下的费用。等到脚伤痊愈后，他重披战袍，开始训练军队。他戒了酒，经常出现在伊斯兰教膜拜的场合，有人谣传他将改信宗教。他软硬兼施，劝告土耳其苏丹向俄国宣战，并拒绝使用法国船只载他归国。有人想把他毒死，幸好发现得早，被及时制止。彼得要求马兹帕以反叛的罪名投降，查理并不想批准。可是，马兹帕自己以死来解决了这个问题（1710年）。
每次的胜利便带来新的敌人，有时更会激起宿怨。查理终于使土耳其苏丹相信，日益扩大的俄国势力，在不久的未来将无法避免地会侵犯到土耳其的黑海和博斯普鲁斯海峡。于是，土耳其向俄国宣战，苏丹亲率20万人马前往俄国，彼得在惊慌中，勉强以3.8万名士卒应战。盟友保加利亚和塞尔维亚都背叛了俄国。两军相遇于普鲁特河的东境，悬殊太大，彼得只好放弃。在等待失败和死亡时，他指示莫斯科另选沙皇，以便安排后事。然后，他退回自己的营房，不准任何人出入。尽管如此，他的第二任夫人凯瑟琳和将军们商量的结果是投降远比大屠杀要好得多。她平息彼得的愤怒，要他签字写信求和。彼得在绝望的心情下，勉强签名。凯瑟琳搜集了她所有的财宝并向官员们借贷，由副总督彼得·沙菲洛夫（Peter Shafirov）携带23万卢布，向土耳其苏丹求和。苏丹收下珠宝和卢布，允许彼得撤军，交出亚速，毁弃该城的防御工事和船只，并要他许诺让查理安全地返回瑞典及不得干涉波兰的政治。彼得迫不及待地答应（1711年8月1日），率军离去。查理早欲一战，对这项和平深感不满。他极力鼓动苏丹再战。不过，沙菲洛夫的8.49万金币，到底买住了苏丹遵守《普鲁特条约》的诺言。
面对层层复杂的关系，苏丹厌倦已极，要求查理迅速离开土耳其。后者拒绝。因此，苏丹派出2万人来迫他就范。查理带了40人应战，打了8个小时，他自己亲手杀死10个土耳其人，最后由10余名土耳其士兵把他擒服了（1713年2月1日）。接着他被转送到阿德里安堡附近的迪莫蒂卡（Dimotika），他被允许在那里停留12个月，因为刚好有一位新的官吏正和俄国大闹纠纷。和解后，查理只得回国。土耳其送给他卫队、礼物和钱财。他离开迪莫蒂卡（1714年9月20日），游历瓦拉几亚、川索凡尼亚和奥地利。11月11日深夜，他抵达波美拉尼亚和它的港口兼堡垒施特拉尔松德（Stralsund），位于瑞典南方的波罗的海海岸的这个地方和西边的维斯马（Wismar），是瑞典指向欧陆的两块最后要塞。
此后，由于查理坚持由土耳其来统治瑞典及拒绝向彼得认罪，瑞典帝国濒于崩溃边缘。1714年8月1日，汉诺威选帝侯乔治成为英王乔治一世。为了使不来梅和凡尔登加入汉诺威，他使英国联合丹麦和普鲁士，成立一支反瑞典的新联军，并由英国军舰把守海峡，协助丹麦。查理发觉自己孤立在施特拉尔松德，立即向英国、汉诺威、丹麦、萨克森、普鲁士和俄国宣战。12个月之久，他只依赖3.6万人孤守阵地，偶尔也使出几次英雄式的出击。等到城墙四周都被他们的大炮击毁之后，投降似乎在所难免。查理偷偷地潜入一条小船，在敌军猛烈的炮火下航行，终于抵达瑞典西部的卡尔斯克鲁纳（Karlskrona，1715年12月12日）。
斯德哥尔摩接纳这位失败的英雄。不过，他拒绝以失败的角色回去，除非他能够再把胜利带回来。他重新组织新军，甚至征集年仅15岁的少年。他下令收集所有的铁器，以铸造军舰。苛捐重税，无所不及，甚至包括假发在内。瑞典军民默默地忍受这一切，内心不免怀疑他是疯了，虽然这些略带光荣的意味。外交大臣格奥尔格·冯·哥兹男爵（Baron Georg Von G?rtz）负责把联盟个个击破。他获知乔治一世和彼得为了宗主权而互相争吵时，他便试探瑞俄和平的可能性，并协助苏格兰反抗英格兰。然而，这一切都失败了。1717年冬，查理训练完一支2万人的大军。就在这年冬天，他进攻挪威，借此补偿他在欧陆的损失。12月，他包围菲特力克斯坦（Fredrikssten）北边的要塞。12日，当他由壕坑栏杆探头之际，一颗子弹打穿了他的太阳穴，他登时送命，享年36岁。
查理的死亡和他一生的事迹一样，始终与英勇有关。他是一位伟大的将军，时常出奇制胜，以寡敌众。可是，他太过于沉湎于战争的艺术中，从来不以胜利为满足。为了寻求另一场胜仗，他不惜耗费心血，设计策略，几近于疯狂。他的仁慈由于他的骄傲而破坏无遗。他付出多，要求也多。他总是拒绝以服输来保全国家和他的面子。历史宽恕他，因为他不是这场“北方大战”的始作俑者，但他是不打胜这场战争不肯罢休的。
瑞典政府很少走上极端，马上缔约媾和。《斯德哥尔摩条约》（1719年11月20日和1720年2月1日）允许不来梅和凡尔登加入汉诺威，斯德丁归并普鲁士。起初，它拒绝俄国占领瑞典在东波罗的海领地的要求，在俄国3次出兵、摧毁各地的港口和城市下，不得已签订《尼斯塔特条约》（Nystad，1721年8月30日）。俄国占有利沃尼亚、爱沙尼亚、英格利亚和部分芬兰。波罗的海的争夺，使俄国跻身于强国之林。
疲惫、年迈而带着胜利归来的沙皇，抵达彼得堡时，大呼“和平，和平”！民众夹道欢呼，尊他为国父、全俄国的皇帝、彼得大帝。
