軍事學校，培養新型軍事人才。彼得一世非常重視軍官的選拔和任命，他根據才能提拔軍官，確保軍隊的指揮系統更加高效。此外，他還親自主持制定了許多規章制度和軍事條令，使俄軍的戰鬥力迅速提升。
為了彌補上一次戰爭中軍械的損失，彼得一世命令全國每三個教堂交出一口銅鐘用於鑄造大炮。僅僅一年時間，俄國就鑄造了300門大炮，極大地增強了俄軍的火力。經過這一系列改革，俄軍逐漸成為俄國歷史上空前強大的軍隊。
1702年，彼得一世抓住瑞典軍隊主力遠征波蘭、波羅的海沿岸防務空虛的良機，率領大軍直奔涅瓦河口，先後攻克了瑞軍堅守的諾特堡和寧尚茨堡。這一系列勝利使得涅瓦河流域全部落入俄軍手中，俄國在波羅的海的出海口夢想終於得以實現。
1703年5月，彼得一世在涅瓦河口開始興建彼得堡和克琅施塔得要塞，這兩座要塞不僅為俄國提供了一個重要的海上基地，也成為日後俄國北方艦隊的中心。
1708年初，瑞典國王卡爾十二世率大軍大舉進攻俄國。面對來勢洶洶的瑞典軍隊，彼得一世採取了靈活的戰略，他命令俄軍實施戰略退卻，同時堅壁清野，以小部隊不斷襲擾、消耗和疲憊瑞典軍隊。到了秋天，卡爾十二世為了爭取烏克蘭的支持，決定南下進攻烏克蘭境內的波爾塔瓦要塞，卻將離自己只有100公里的後援部隊孤立在後方。彼得一世抓住這一機會，親率俄軍發動進攻，成功殲滅了9000餘名瑞典士兵，並繳獲了大量火炮和輜重。
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1709年6月28日凌晨2時，俄國與瑞典在波爾塔瓦展開了決定性的戰役。瑞典參戰兵力約2萬人，而俄軍兵力約為瑞典的兩倍，擁有上百門火炮。在戰鬥中，彼得一世親臨前線指揮，成功穩住了局勢。隨後，俄軍步兵開始反擊，騎兵則包圍了瑞典軍的兩翼。到中午時，瑞典軍隊開始撤退，最終演變成潰逃。瑞典殘部在撤退過程中被俄軍追擊，被迫投降。此役，瑞典軍隊被擊斃9000餘人，被俘1.8萬餘人，損失火炮32門和全部輜重，而俄軍戰死1345人，傷3290人。波爾塔瓦戰役不僅決定了北方戰爭的最終結局，也徹底終結了瑞典作為歐洲強國的歷史
1711年夏季，彼得一世率軍南征奧斯曼帝國，意圖進一步擴大俄國的影響力。然而，這次軍事行動並不順利。在普魯特河畔，俄國軍隊陷入了奧斯曼帝國和克里米亞汗國聯軍的重重包圍之中。由於彈盡糧絕，彼得一世不得不向敵人求和。7月12日，雙方簽訂了《普魯特和約》。根據條約，俄國必須將亞速及其附近地區歸還給奧斯曼帝國，拆除塔干洛格和第聶伯河上的要塞，並允許卡爾十二世安全通過俄國回國。雖然這次失敗對俄國的士氣造成了打擊，但彼得一世並沒有放棄他的擴張野心。
《普魯特和約》簽訂後，彼得一世調整了戰略方向，將主要的軍事行動集中在芬蘭，試圖逐步將戰場推進至瑞典本土。1712年至1714年間，俄軍在芬蘭取得了顯着進展。他們先後佔領了赫爾辛福斯（今赫爾辛基）、亞波、瓦扎和涅伊什洛特堡等重要城市和地區，控制了芬蘭南部和波的尼亞灣的關鍵據點，為進攻瑞典本土奠定了基礎。瑞典軍隊被迫撤出芬蘭，失去了重要的防禦陣地。
1712年，彼得一世下令將首都從莫斯科遷至新建的聖彼得堡，將宮廷、元老院、政府機關和外國使節全部遷至新首都。他還命令385戶貴族作為首批移民定居聖彼得堡，以加快這座城市的建設和繁榮。這一舉措不僅強化了彼得一世對國家的控制，也推動了聖彼得堡的快速發展。
1714年8月，彼得一世親率俄國艦隊在漢科角海戰中擊敗了瑞典艾倫希爾德艦隊，取得了俄國海軍成立以來的首次重大勝利。彼得一世因此晉升為海軍中將，這標誌着俄國海軍實力的顯着提升。同年，彼得一世還派遣布霍列茨中校率領遠征軍侵略中國西北的準噶爾地區，試圖擴大俄國在亞洲的影響力。
1715年，彼得一世與皇太子阿列克謝·彼得羅維奇的關係進一步惡化。阿列克謝周圍聚集
