Перспектива овладеть крепостью воодушевила Петра. Приказывая Шереметеву поспешить, он писал: «Изволь учинить по вашему рассуждению, чтобы сего, Богом данного времени, не терять». Как только прибыли русские войска и осадные орудия, блокированная крепость, которая не могла рассчитывать на помощь со стороны шведской армии, была обречена. На озере скопилось множество русских лодок, чтобы перевозить войска для приступа. По берегам реки – южный берег находился в 300 ярдах от крепости – были насыпаны земляные укрепления и установлены осадные мортиры. Первая плохо подготовленная попытка штурма крепости с лодок со штурмовыми лестницами была отбита. Тогда повели непрерывный обстрел из мортир, методично разрушая крепостные стены. На третий день обстрела жена шведского коменданта послала в русский лагерь письмо, в котором просила, чтобы ей и другим женам шведских офицеров было позволено покинуть крепость. Петр ответил лично, в иронически-галантной манере пояснив, что он не смеет разлучать шведских дам с их мужьями, и, разумеется, они могут оставить крепость, но при условии, что заберут с собой и мужей. Спустя неделю, через десять дней после начала обстрела, уцелевшие защитники крепости сдались.
Петр был вне себя от радости: наконец-то его новой армии при помощи пушек, переплавленных из церковных колоколов, удалось захватить у шведов важную крепость. Той же ночью он написал письмо Виниусу, в котором говорилось: «Правда, что зело жесток сей орех был, однако, слава Богу, счастливо разгрызен. Артиллерия наша зело чудно дело сие справила». Как символ того, что покоренная крепость является ключом к Неве, а следовательно, и к Балтике, Петр укрепил полученный от шведского коменданта ключ на западном бастионе и переименовал крепость в Шлиссельбург, от немецкого слова Schlussel – «ключ» (ныне Петрокрепость). В ознаменование победы были сооружены три триумфальные арки, и увенчанный лаврами царь торжественно въехал в Москву. Тем временем разрушенные стены крепости восстанавливались, возводились дополнительные наружные укрепления и жилые помещения, в которых могло разместиться до 4000 солдат. Комендантом переименованной фортеции был назначен Александр Меншиков. С тех пор Шлиссельбург всегда занимал особое место в сердце Петра. И если 22 октября, в годовщину захвата крепости, он находился где-то неподалеку, он обязательно вез на памятное место своих гостей, а иногда и весь свой двор, и устраивал там празднование.
Падение Нотебурга-Шлиссельбурга было ударом для шведов. Крепость прикрывала Неву и всю Ингрию от возможного вторжения русских с востока. Карл, находившийся в это время далеко, в Польше, понял значение случившегося, когда его известил об этом расстроенный граф Пипер. «Утешьтесь, мой дорогой Пипер, – спокойно сказал король, – противник не сможет унести крепость с собой». Однако в других случаях Карл мрачно говорил, что русские дорого заплатят за Нотебург.
Весной следующего 1703 года, пока Карл оставался в Польше, Петр решил не терять «Богом данного времени» и приступить к непосредственному осуществлению главной цели – утвердиться на балтийском берегу. 20-тысячная армия под командованием Шереметева выступила из Шлиссельбурга и двинулась через лес вдоль северного берега реки по направлению к морю. Петр на шестидесяти лодках, доставленных с Ладоги, проследовал водным путем. Нева имеет в длину всего сорок четыре мили и больше похожа не на реку, а на широкий с быстрым течением пролив между Ладожским озером и Финским заливом. Сильных шведских крепостей по дороге не было. Единственный опорный пункт шведов – Ниеншанц (Канцы) – лежал в нескольких милях от залива вверх по реке. Это был процветающий городок со множеством мастерских, но фортификационные работы там завершить еще не успели. Русские осадные орудия начали обстрел 11 мая 1703 года, и на следующий день малочисленный гарнизон сдался.