На счастье Петра I, Карл XII после победы под Нарвой двинулся на запад и на несколько лет увяз в Речи Посполитой и Саксонии, тем самым дав царю время для перевооружения армии, создания и обучения новых полков. В это время русские успешно действовали в Прибалтике: в 1702 году они взяли Нотебург (Шлиссельбург), в 1703-м — Ниеншанц в устье Невы, где был заложен Петербург, в 1704-м — Дерпт и Нарву. Однако Петр отнюдь не преувеличивал свои возможности — при посредничестве Франции, Голландии и Пруссии он стремился заключить мир ценой предоставления русских солдат для Войны за испанское наследство в обмен на право оставить за собой устье Невы с только что основанным Петербургом; но на все мирные предложения противник отвечал отказом.
В 1707 году король начал поход на восток. По приказу Петра войска разоряли сначала Польшу, а затем и собственную страну: «…везде провиант и фураж, також хлеб стоячий на поле и в гумнах или в житницах по деревням (кроме только городов)… польский и свой жечь, не жалея, и строенья перед оным и по бокам, также мосты портить, леса зарубить и на больших переправах держать по возможности». Русские солдаты и офицеры приказ выполняли — хотя для мужиков это была трагедия. «Государь милостив и благодетель наш Петр Алексеевич изволил дать приказ об усилении кордонов черными людьми, дабы конфуз свейскому Карлусу чинить. Рогаты да завалы со засеки в лесах учинить же и всем и солдатам и драгунам и шляхте бережение великое иметь. Черные люди со охотою те древа рубили, однако ж со воровскою пользою себе. От завалов и засек те древа таскали по дворам. Мы тех имали и в батоги били… А кои драгуны безлошадны были, тех офицеры посылали по деревням коней брать. А селяне уже жито в рожь и овес собирать починали, и от того бунты учинялись. Драгуны их рубили и лошадей брали. А по полям и лесам имали тех, кто уховался, и рубили же дерзостных, а тех всех, кто поклонно падал, тех в работы разные брали» — так действовал летом 1708 года на Смоленщине драгунский капитан Семен Курош.
И для солдат война отнюдь не была развлечением в духе костюмированных фильмов с благородными героями и прекрасными дамами. «Прибыли ариергарды армии государевой, кои с авангардусом Карлуса постоянно бились тесно. Были те солдаты да драгуны грязны да рваны и много раненых. Карло-ус должен был уже прийти сюда, и его царское величество велел шамад бить и смотр войскам делать. А те драгуны да гранодиры, кои из баталий вышадши были — те отдыхали и с калмыки да со татаре кумыс пили сдобря водкой, а потом с соседским полком на кулаки дрались. Де мы корили, бились и животы лишались, а де вы ховались и свеев (шведов. —
Вместе с однополчанами Артемий Волынский в 1708 году был в сражении при Лесной — «матери Полтавской баталии», в 1709-м — под Старыми Сенжарами, Красным Кутом; позднее он не раз указывал, что участвовал «на баталиях и акциях» и был ранен. Русские солдаты и офицеры учились побеждать в бою, упражнялись и после боя: «…скопно али парно да со штыки да багинеты да хоч о двурук хоч на свейску маниру палаш об одну руку, а фузея с багинетом о другу». «А тех полоняников свейских, кои были исправные вояки, брали в ту экзерцицию. Давали шпаги тупые, дабы глядеть падко, как те колются и рубят. А те шведы, кои не хотели ту чинить экзерциц, тех били и раздевали донага и, связав попарно, гвоздили враз по два. А были и таки, коих нарочно стравляли, и те бились, а мы все зрили» — такие «гладиаторские бои» были наглядными пособиями для русских драгун.
Отступавшие войска уничтожали за собой всё, что могло послужить противнику. Отсутствие провианта вынудило шведов повернуть на Украину в расчете на помощь гетмана Ивана Мазепы. Там шведская армия перезимовала, но за гетманом последовало только несколько тысяч казаков; не оправдались и надежды короля на помощь турок и поляков. В Полтавской битве 27 июня 1709 года шведы были разгромлены; остатки их армии капитулировали под Переволочной на Днепре, а сам Карл бежал в турецкие владения. Под Полтавой Волынский захватил в плен шведского солдата, который крестился в православие, женился на крепостной девушке и навсегда остался служить в его доме.