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遗憾的是，消息确凿无误。就在 8月 8日这一天，当乌克兰英采夫的急使抵达莫斯科时，北方同盟的成员之一丹麦退出了这场军事较量。瑞典国王查理十二率一万五千军队出其不意地在哥本哈根登陆。登陆是由瑞典和英国联合舰队实施的。丹麦国君不战而降。
9月23日，总数为一万人的第一批俄国军队，穿过秋季的泥泞道路，抵达纳尔瓦。其余部队则缓慢向要塞集结，于10月中旬完成。10月20日开始炮击要塞，尽管火药、子弹和炮弹供应充足，但持续两周的炮击，并未奏效。
然而，查理十二象袭击哥本哈根一样，出乎意料地抵达纳尔瓦。得知敌人逼近的消息后，彼得也把军队的指挥权移交给刚雇佣的为俄国服役的德国的冯·克鲁伊，就离开了纳尔瓦。我们很难理解彼得这一行动。多年后经彼得审阅的《北方大战史》中是这样写的：“在18日以前，皇帝离开军队到诺夫哥罗德去，是为了督促其余各国正在前进的部队更快向纳尔瓦挺进，更主要的是会见波兰国王。”然而在那些硝烟弥漫的日子里，沙皇未必有什么任务比在和放军交战前夕与将士共生死更重要的事吧。
在有人对彼得在1700年11月的所作所为进行分析时，他首先想到的是，彼得怯阵了。然而只要看一下他在远征亚速时期和纳尔瓦战役后那些年的行为，那么这种推测就很难站住脚。无论是在纳尔瓦战役之前还是在那之后，沙皇一直都是身先士卒，出入沙场，置生命于不顾。彼得此举很可能是在对俄军面临的危险估计不足，因为按道理说，俄军人数超过查理十二军队许多倍。
11月18日，瑞典军队在纳尔瓦附近集结。战斗于第二天打响。俄军的部署以包围纳尔瓦为目标，修筑的工事长达七俄里。开战之前，大雪纷飞，瑞典人很有可能趁此机会对俄军阵地进行偷袭。瑞军闪电似的冲锋使俄军顿时乱作一团。听到的喊声是：“德国人背叛了我们。”舍列麦捷夫率领骑兵强渡纳尔瓦，在渡河时损失了上千人。戈洛文师的步兵正在夺桥而去，突然，桥梁倒塌，士兵葬身河底。德国人冯·克鲁伊和在俄国服役的外国军官们，立刻投降做了俘虏。只有两个近卫军团和列福尔特团表现出顽强抵抗的精神，面对一片慌乱显示出自己的战斗锐气。瑞典人屡次试图击溃近卫军都未能成功。
入夜，前线无战事。投降谈判开始了。条件是：俄军有权携带大炮以外的全部武器撤离纳尔瓦。但是瑞典国王背信弃义。近卫军沿刚修复的大桥向纳尔瓦河对岸撤退时，瑞典人便向剩余的俄国人猛扑过去，缴了士兵的械，掠去他们的物品，并俘虏了俄军的军官。
总而言之，战争伊始，首战败北，俄军溃败。纳尔瓦城下，俄军阵亡，溺毙和饿死的，达六千人之众，炮兵连同一百三十五门各种口径的大炮，损失殆尽。军队的高级军官几乎无一生还。参加纳尔瓦会战的俄国人比瑞典人多了几倍：查理十二麾下只有八千到一万二千人，而俄军却有三万五千人到四万人之众。
历史学家至今未能查到有关彼得在纳尔瓦战败后心理状态的史料：彼得在吃了大败仗以后写下的信迄今一封也没有保存下来；也许那时他根本没有写过信，沙皇在探讨俄国在纳尔瓦败北原因的《北方大战史》一书中写道：“总之，瑞典人已成得胜之师，此点毋庸置疑。然尚须指出，彼辈之敌手为何等人，需知吾军中具作战经验者仅余一列福尔特团（前称舍别列夫团）；再则二近卫军团仅两度参加过进攻亚速之野外作战，而从未和真正之正规军较量。至于其余各团，除数名团长之外，无论其为军官抑或列兵，均入伍不久，加之过度饥饿，道路泥泞难行，粮秣不足等各种原因，一言以蔽之，此次交战纯属儿戏，且技艺低劣。以训练有素、实战经验丰富之强师压倒缺乏军事素养之新兵，原无足怪也……然而，值此惨遭不幸（或曰大幸）之时刻，吾人应力戒因循苟且之习气，自强不息，苦练杀敌本领。”纳尔瓦一战显而易见地暴露出国家的落后和军队战斗力之低下。纳尔瓦一战教训惨痛，应视为前车之鉴。
十八岁的瑞典国王战胜俄军的消息成了欧洲的大话柄，引起了巨大的反响。为了嘲笑俄国沙皇，瑞典人特别造了一枚徽章：一面画的是彼得站在向纳尔瓦射击的大炮旁边，题词是：“彼得站着取暖”。另一面画着以彼得为首的俄国人从纳尔瓦溃逃的情景：沙皇丢盔弃甲，哭哭啼啼，用手帕擦眼泪，题词是：“一败涂地，痛哭流涕”。
俄国在西欧各国宫廷的威望一落千丈。俄国驻海牙大使安德烈·马特维耶夫向彼得报告说：“瑞典大使恶语伤人，该人往各部游说，不仅对吾王陛下军队口出不逊，且进行人身攻击，诳称圣上为其国王之进攻所吓，魂不附体，两日之内即离军返口京都云云……”俄国驻维也纳大使戈里岑也发来了类似的报告。
当查理十二的营垒里还在取笑俄国沙皇时，彼得倒并没有虚度光阴。他不知软弱和疲劳为何物，他不是那种遭到失败就垂头丧气的人。恰恰相反，逆境反倒锻炼了彼得的意志。正如在第一次亚速远征之后，失败刺激了他，于是他就认准目标，勇往直前地去开创未来的胜利。他记录的那枯燥乏味的往返旅程大事记足以证实他所作的巨大努力和呕心沥血的惨淡经营过程。在1701年 1月底，他前往比尔查，从那里返口莫斯科后，又急奔沃罗涅什，两个半月后，又来到诺夫哥罗德和普斯科夫。在这儿年里，在阿尔汉格尔斯克，在诺特堡，在奥洛涅茨造船厂，在纳尔瓦和捷尔普特的城墙边，在彼得堡，到处都留下了他的足迹。
彼得象信使一样不分昼夜地四处奔波，无论天气阴晴冷暖，一年四季，犹如一日。一辆普通马车和一乘雪橇就是他的食宿之所在。只在换马时，他才小憩片刻。沙皇的每一次转移，不仅是他个人生活的里程碑，也是动员国家共御外侮的新阶段。这说明沙皇本人宵衣旰食，勤于政务。
彼得到比尔查与奥古斯都二世会晤。这位波兰国王勇敢、忠诚有余，他动员全民力量与敌人周旋，视波兰王位若拱壁，但在其它方面却并无出类拔萃之处、不过对俄国来说，他却是一个不可多得的同盟者。查理十二追赶奥古斯都的时间愈长，俄国就愈有可能赢得更多的时间去医治纳尔瓦一仗留下的创伤。因此，无论在力量和时间上，还是在人力和物力上，彼得都毫不吝惜地去支援奥古斯都。在比尔查，他们签订盟约、据此彼得答应波兰国王有权指挥一万五千到两万人的一支军队，此外，每年援助他十万卢布。
为领导修筑防御工事，沙皇来到诺夫哥罗德和普斯科夫。按照他的敕令，龙骑兵、步兵、神甫“以及全体教会人士，不分男女”，均须参加构筑工事的劳动，教堂活动一律停止。
阿尔汉格尔斯克之所以引起彼得的注意，是因为他得知瑞典军舰进攻该城的消息。瑞典人想把阿尔汉格尔斯克夷为平地的企图没有得逞，但沙皇依然踏上了遥远的征程，以便巩固这唯一联系俄国和西方的港埠。
骤然看来，彼得频繁访问阿尔汉格尔斯克似乎没有什么特别的必要。实际上，彼得在沃罗涅什长期滞留直到北方大战开始也没有引起什么人的怀疑，其实那里正在建造准备投入亚速海之战的舰队。然而，当军事舞台已转移到西北部，俄国转而和瑞典作战的时候，彼得驾临沃罗涅什目的是什么？是否要为亚速舰队补充新的军舰，并把不久前在顿河下水并已经腐朽的帆桨大船和三桅巡洋舰来一番大修？再说，并没有一艘军舰，一门大炮参加过实战，难道说沙皇是在无事忙，拿人民的钱财不当回事，还是说，他对海军和造船工业偏爱？
对此只能有一种解释：彼得始终关心亚速海舰队，唯有倚仗这支海上力量才有可能把土耳其人蠢蠢欲动的念头打消，在较长一段时期内使其不得轻举妄动。俄国驻土耳其公使彼得·安德烈耶维奇·托尔斯泰上书禀告沙皇道：“此间令人闻风丧胆者无它，乃吾王海军也！”
彼得对土耳其没有掉以轻心，他密切注视着苏丹反复无常的情绪。1701年 6月24日，沙皇书面指示在亚速守卫南部海域的该省省督费多尔·马特维耶维奇·阿普拉克辛：“提高警惕，加强亚速和塔于罗格之防御。”两周后彼得再次提醒他：“密切注意土耳其动向，切切。”阿普拉克辛 9月份从沙皇那儿得到新情报：“毋需再担心上耳其方面战事，苏丹已批准和约。”
结果，沙皇向省督提供的情报失实，这是由于俄国当时在土耳其没有常驻外交代表团，莫斯科只能通过间接途径获得情报。
彼得一反惯例，向亚得利亚那堡的苏丹王官派出了自己的代表。才气横溢而又诡计多端的彼得·安德烈那维奇·托尔斯泰被选中了。一次沙皇坦率地对托尔斯泰说：“哼，要不是你这么聪明，你这颗脑袋早就掉啦！”这话暗指1682年托尔斯泰曾卷入了米洛斯拉夫斯基家族和索菲娅共同策划的阴谋。托尔斯泰一心要将功补过。为了讨好沙皇，他抛妻别子，在四十岁上甘愿和其它留学生一起到威尼斯去学习海军技术。现在，在1702年，这个“聪明脑袋”要出使土耳其，摸清那里陆军和海军的情况；看看他们的骑兵和步兵是否按老传统进行了训练，他们是否雇佣了欧洲军官为其效力，是否还想填平刻赤湾峡，以永远断绝俄国人的黑海通路等等。
沙皇在莫斯科，更确切他说，在普列奥勃拉任斯科耶度过了整个冬季，正如一般所说，这是战场相对平静的一段时期。敌军已安营扎寨，养精蓄锐，以待明春汛期过后重开战事。
有三件迫在眉睫的事亟待完成，这使彼得心中十分焦灼：到哪儿去搞钱，到哪儿去弄人马、到哪儿去筹借军火以补充纳尔瓦之战的损失呢？
安德烈·纳尔托夫曾写下一篇关于如何弄钱的故事。故事说到沙皇整天彻夜冥思苦索这个问题。他对走进来的“恺撒大公”罗莫达诺夫斯基说：“现在国库空空，军队一无给养，二无武器装备，而这些都是必不可少的。我看办法只有一个：把修道院的那些金银财宝拿出来一些，用来换钱。”罗莫达诺夫斯基说使不得，这会惹麻烦，应该另想办法。之后他便领沙皇到克里姆林宫的一个秘密仓库去。他们走进小屋里，“沙皇陛下看见了一堆金银器皿和珠宝，小银市和荷兰银市。他惊讶不已。”罗莫达诺夫斯基把宝藏的秘密告诉了彼得，“先皇阿列克谢·米哈伊洛维奇每次外出远征时，出于对我的信任，把他私人的金银财宝交给我保管。弥留之际，他把我叫到跟前，嘱咐我，只有在发生战事迫切需要钱的时候，才能拿出来用，这些财宝不能交给任何一个继承人。”
这个故事里的可信部分和传说部分是最难加以区分的，况且还有一种说法，认为沙皇不是跟罗莫达诺夫斯基，而是跟普罗佐罗夫斯基进行这场谈话的。事实上，众所周知，彼得克服财政困难所采取的是一种很普通而又大不可靠的办法——提高造币厂的生产率：车床夜以继日地转动，成色不足的货币充斥市场。1700年前，每年发行二十万到五十万卢布，1700年共发行了二百万卢布的货币，而到1702年竟超过了四百五十万卢布。沙皇的国库从降低货币的自银含量这项措施中，一时取得了较多的收入，并且弥补了预算赤字。
解决第二个问题——补充兵员，这倒并不特别困难。按照需要，可从城乡居民的一定数量住户中征集新兵入伍。这个在十八世纪初固定下来的补充陆军和海军的制度，在整个北方大战期间显示出了它的威力。炮厂也终于很快就恢复生产了。确实，在铸造铜炮的时候，由于缺少铜不得不挪用教堂和修道院的铜钟。不过铸造大炮的生铁数量还很充足，这是因为本世纪初迅速兴办起来的一些冶金工厂，保证军队制造了一批又一批优质大炮：彼得曾多次称道这些大炮性能优良。
在补充军官时，彼得遇到了极大的困难。这首先因为，直到十八世纪俄国还没有培养军事专家的专门学校。1701年，彼得创办了第一所这样的学校——航海学校，在该校可以学习算术、几何、三角、航海学、天文学。沙皇认为：“不仅航海业需要这种学校，其它诸如炮兵和工程兵也需要。”
事隔多年之后，彼得才有可能起用这些学校的毕业生。然而，时不我待，如今急需的是军事专家。虽然沙皇心里很清楚，外国军官在纳尔瓦一役中表现很不好，但目前有了燃眉之急，他于是不得不重新到国外招聘军事专家。1702年，在一些西欧国家里张贴了用德语写成的彼得招请外国军官到俄国服役的谕示。
1702年初，俄军旗开得胜。舍列麦捷夫率领的一万七千名军团士兵袭击了瑞典施利宾巴赫将军的军队，并在距捷尔普特不远的埃列斯特费尔村全歼敌人七千名，这个数字占瑞军的一半。“我们终于把瑞典人打败啦！”在得到舍列麦捷夫的报告后，彼得大声喊道。沙皇表彰了全体将士，并给予犒赏。缅希科夫代表彼得向舍列麦捷夫颁发了大安德烈勋章和元帅称号的证书。
为指挥1703年的战役，彼得于 3月中旬来到施利色堡。 4月，沙皇通知舍列麦捷夫，军队要整装待发，并告诉他要分秒必争，不使敌人有可能先发制人。这里指的是袭击涅瓦河口的宁尚茨堡。
三天以后，在宁尚茨堡附近和敌人舰队首次遭遇。努麦斯分舰队的两艘军舰不知宁尚茨堡已经投降，驶进了涅瓦河口。彼得决定袭击它们。他对这次军事行动作了如此描述： 5月 5日，“敌方军舰在努姆贝斯海军中将指挥下驶进河口；而我方元帅派遣我等分乘三十艘小船前往迎敌。 7日驶近河口，吾等仔细观察敌情，对敌军作意外偷袭，缴获三桅巡洋舰两艘，以及装备有