1708年11月至1709年4月是个百年未遇的寒冬，查理十二在乌克兰很不顺利：俄军主力封锁了瑞军从哈尔科夫至别尔戈罗德的道路，集结在博戈杜霍夫、阿赫特尔卡、列别金和苏梅地域。瑞军驻扎在普里卢基、加佳奇、罗姆内和洛赫维察地域。1708年11月，由于当地居民在俄军正规部队协助下进行积极的抵抗，瑞军扩大这一进攻基地的企图被粉碎。乌克兰居民拒绝执行马泽帕向瑞军提供粮秣的命令，而与俄军士兵一起守卫江河的徒涉场和渡口，在路旁和森林里伏击敌人。查理十二和马泽帕没有预料到事件会出现这样的变化，于是对当地居民实行残酷的镇压，但其结果却激起了居民对侵略者的更大规模和更加坚决的抵抗;马泽帕虽然投了过来，但没带来几个兵(仅1500名哥萨克人);尽管一再争取土耳其参战，但土耳其还是不愿意破坏同俄国的和约。既得不到土耳其的援助，又深感军队供应困难，查理十二把焦虑不安、士气低落的部队紧紧收缩在一起，当天气转暖以后便向沃罗涅日前进。然而，严冬过后，春汛早早地到来了。瑞典军队一蹶不振，他们不仅忍饥挨饿，而且缺少装备和弹药，加之军中疾病流行，尤其时时受到“正规军”和“游击队”的一而再、再而三的猛烈袭击。当部队抵达沃尔斯克拉河畔后，查理十二决定停下来，准备占领尚未遭受战争蹂躏的波尔塔瓦地区，企图在那里补充给养，并打开哈尔科夫、别尔戈罗德方向的进攻道路，继而进军莫斯科。到了此时，身处困境的查理十二把一切希望寄托于一场决战上。

　　1709年4月1日，第一批瑞典军队出现在波尔塔瓦城下。紧接着，查理十二率领瑞军主力3.5万人(包括马泽帕率领的扎波罗热哥萨克和乌克兰哥萨克)，火炮32门，迅速抵达该城。此时的马泽帕向查理十二暗示，攻占波尔塔瓦是使全体乌克兰人投向瑞典人的可靠保证。但查理十二有自己的如意算盘。因为，波尔塔瓦城堡虽小，却是个战略要地，占领它，北可达俄国的造船中心和军事物资储备中心沃罗涅什，并进而逼近莫斯科;南可通有可能成为瑞典盟邦的土耳其和克里木。众所周知，克里木汗正积极地建议土耳其国王与查理十二以及斯坦尼斯拉夫结盟共同反对俄罗斯人。如果瑞典-波兰-土耳其结成联盟，就会使俄罗斯人陷入与立窝尼亚战争时相似的境地。并且与伊凡四世不同，彼得拥有更加强大的内部反对派。这些反对派包含有广泛的社会阶层，他们不仅对不断加重的负担表示不满，而且反对所进行的改革。在南方击败俄罗斯人意味着俄罗斯在北方战争中完全失败，瑞典就会统治乌克兰，并把俄罗斯分割为几个公国，而这正是查理十二急于达到的最终目标。

　　但是，由阿列克谢.斯捷潘诺维奇克林上校指挥的波尔塔瓦守军(4200名士兵，约2500名武装市民，29门火炮)临危不惧，拒绝了瑞典军队提出的投降要求。因为早在1709年1月，克林上校和其他一些乌克兰要塞司令收到过彼得的一项命令：“一旦敌人进攻，务必坚守至最后一兵一卒，不得后退。倘若指挥官阵亡，左右军官应立刻接替，继续指挥，前仆后继，血战到底。” 在慑而不服的情况下，查理十二决定攻城。由于缺乏弹药，瑞典军队试图以迅速果断的进攻来弥补这方面的不足。争夺城堡的战斗进行得残酷而激烈。有时瑞典军队进攻城堡围堤，这时市民迅速前来支援守城部队，经过共同努力又打退了瑞典人的进攻。

　　时至5月5日，彼得才从信使那里得知“瑞典企图攻占波尔塔瓦”的禀告，得到这一消息，他立刻预感到了此役在俄、瑞战争中的重要性。彼得向缅希科夫指出，该镇十分险要。他提出两种解围方案。或是声东击西，进攻奥波什纳，以便将查理十二的注意力从波尔塔瓦引开;或是在瑞典人对岸的沃尔斯克拉河畔固守，随时给被困部队补充军需品、生力军、武器和弹药。“至于一切其它情况有赖见机行事，”彼得最后写道。5月7日，缅希科夫将军指挥的部队渡过沃尔斯克拉河向驻扎在奥波什纳的瑞典军队发起进攻，以此迫使查理前往驰援解围。声东击西的战术果然大奏奇效，这使克林上校能够组织进攻并消灭波尔塔瓦城堡下的瑞典军队。5月14日夜里，戈洛文上校指挥的部队(900人)渗入到波尔塔瓦城内，他们要给要塞驻军补充弹药。进城的士兵，“为了泅渡方便，不仅没穿上衣，连长裤也脱掉了。”波尔塔瓦的英勇保卫战牵制了查理十二的兵力。从而使俄军主力能在要塞地区集结(5月底)，并做好歼敌准备。

　　6月4日，彼得亲临波尔塔瓦。而此时的瑞典人已从包围者变成了被包围者。他们的前面是彼得率领的俄罗斯主力部队，后面是斯科罗帕茨基和多戈鲁基指挥的俄罗斯-乌克兰军队。6月16日，彼得主持召开了军事会议，决定与瑞军进行总决战。6月20日，俄军主力(4.2万人、72门火炮)转移到沃尔斯克拉河右岸，准备发动攻击。在这种情况下，对于好战心理极为强烈的查理十二来说，只有胜利才能挽救自己。6月21至22日，查理十二为占领波尔塔瓦进行了最后一次孤注一掷的尝试，但这次进攻仍被守城部队的英勇反击所击退。在进攻中，瑞典军队消耗尽了自己的大部分弹药和几乎全部的大炮。遗憾的是，瑞典军队尽管耗尽了资源，但仍未能掌握战略主动权，俄罗斯人则赢得了准备进行总决战的必要时间。6月25日，彼得一世指挥部队进入雅可夫齐村(波尔塔瓦以北约5公里处)附近的阵地，许多阵地构成了一个筑垒兵营。兵营正面是一片宽约2.5公里的开阔地，两翼有密林和灌木丛为其屏障。开阔地上筑有10个四角多面堡(横向6个，纵向4个)构成的野战工程工事体系。多面堡相互之间的距离均在火枪的射程之内，从而保证了各堡之间能在战术上进行相互协同。多面堡内共配置两营士兵和掷弹兵。多面堡后配置了17个骑兵团，由缅希科夫指挥。彼得一世的企图是：先在前进阵地(多面堡一线)上消耗敌兵力，而后在开阔地战斗中将敌歼灭。

　　战斗爆发于6月27日的凌晨2时，李恩斯科特元帅(查理十二在6月17日的一次侦察行动中，遭到俄军射击，脚上中了一枪。所以，由李恩斯科特代行指挥权)率领约2万人，配4门火炮(有28门火炮因缺乏弹药留在辎重队;另外还有一支近1万人的部队留驻在波尔塔瓦城下，担任预备队和警戒交通线的任务，其中包括一部分由马泽帕率领的扎波罗热哥萨克和乌克兰哥萨克)的瑞典4个步兵纵队和6个骑兵纵队向俄军阵地推进。3时，俄军骑兵和瑞军骑兵在多面堡附近展开激战。近5时，瑞军骑兵被击退，而跟随骑兵之后的步兵却攻占了前面的两座多面堡。这在彼得的军队中引起了慌乱。据当时的目击者说，俄罗斯人已经套上了马车，准备撤退。缅希科夫请求增援，但彼得却坚持自己的作战企图，命令缅希科夫撤到多面堡一线以内。而瑞典人误认为俄军在退却，于是猛追不舍，向多面堡逼近，进入霰弹炮射程之内。6时，由于尾随俄军骑兵的猛烈攻击，加之瑞军右翼已陷入了俄军筑垒兵营发射的枪炮交叉火力之下，损失很大。为了避开炮火，瑞军右翼遂向小布季希附近的森林仓皇撤退，其中的一部分人马被就地消灭。与此同时，罗斯和施利彭巴赫将军指挥的纵队在多面堡战斗中与主力失去了联系，正在茫然无措。彼得获悉后，立即命令缅希科夫的骑兵部队对其进行围歼，于是，罗斯和施利彭巴赫将军以及瑞军右翼纵队残部很快被俘于波尔塔瓦森林。这时，从左面穿过堡垒的瑞典军队与已经做好战斗准备的俄罗斯军队的主力迎头相遇。战斗的第一阶段就此结束。接着，双方出现了短暂的“相安无事”。

　　到战役的第二阶段，双方主力展开了交战，也就是大决战。晨6时许，彼得在兵营前将部队排成两列线式战斗队形：把舍列梅杰夫元帅统率的步兵部署在中央，鲍尔和缅希科夫将军统率的骑兵分别配置于两翼;布留斯将军指挥的炮兵配置在第一列步兵中。兵营内留有9个营的预备队。彼得还派出部分步兵和骑兵加强小布季希的乌克兰哥萨克和波尔塔瓦的卫戍部队，以切断瑞军退路并防其在会战时占领要塞。瑞军也排成线式战斗队形与俄军对抗。在决战即将来临之际，彼得向士兵们发表了著名的战前动员，他说：“士兵们!决定祖国命运的时刻来到了。你们不是为彼得而战，而是为托付给彼得的国家、为自己的民族、为全体俄罗斯人民而战。你们要知道彼得，只要俄罗斯永久生存、兴旺发达、繁荣昌盛，生命对于彼得并不珍贵!”此时，瑞典国王也发表了讲话。但查理的讲话与彼得的讲话可谓大异其趣：彼得号召人们奋起抗敌，强调守土匹夫有责;而查理对手下的将士们以华宴美酒、莫斯科沙皇的帐篷相诱。“俄国沙皇为我们准备了许多美味佳肴。”他如是说。在战斗开始前对自己的军人没能作出振奋士气的动员，实际上已经决定了瑞典军队今后的命运。瑞典军人此次面临的已不是“纳尔瓦快跑能手”，而是装备精良、在人数和气势上与瑞典军队相比均占优势的军队，这支军队已经作好了誓死保卫自己祖国的准备。

　　上午9时，瑞军开始进攻，他们冒着俄军的猛烈炮火，投入了白刃冲击。在激烈的白刃格斗中，瑞军迫使俄军第一列中央部队后退。但是，洞察整个战斗全局的彼得，亲自率领一个诺夫哥罗德营进行反击，将这股敌军逐回出发阵地。战斗中，一颗子弹击穿了彼得的帽子，另一颗子弹打到了他的马鞍上。此时的瑞军由于缺乏弹药，使骑兵得不到步兵的有力援助。接着，俄军步兵开始反击，当缅希科夫的骑兵从翼侧打击瑞典步兵时，瑞典步兵招架不住，匆忙撤退。查理十二试图阻止步兵退逃，但无济于事。

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