27 июня перед рассветом шведская пехота и конница двинулись к расположению русских войск. Меншиков вывел конницу к передовым редутам и завязал встречный бой.
Неожиданно для себя шведское командование столкнулось с русской передовой позицией на редутах. Артиллерия открыла огонь на предельной дистанции, что уже лишало врага важного преимущества – внезапности удара. Шведам вначале удалось несколько потеснить русскую конницу и занять два ближайших недостроенных редута. Однако пройти поперечные редуты им не удавалось. Перекрестный огонь русской пехоты и артиллерии из редутов и атаки конницы отбивали натиск противника. Русская конница теснила шведскую кавалерию в сторону Яковецкого леса.
Получив донесение, что часть войск Шлиппенбаха и Росса, уходивших в Яковецкий лес, отрезана, Петр послал Меншикову пять батальонов пехоты и пять драгунских полков. Одновременно русской коннице во главе с Боуром было приказано отойти с редутов. Отход Боура был воспринят шведами как вынужденный. Увлекшись преследованием, шведская кавалерия и пехота оказались на поляне в ста шагах от русского лагеря. Артиллерия русских, которой командовал Я. Брюс, открыла огонь. Поражаемый картечью и ядрами, неприятель устремился влево, к опушке Малобудыщанского леса. Генералы и офицеры Карла XII стали приводить в порядок поредевшие полки. Только теперь стало известно об отсутствии колонн Росса и Шлиппенбаха, составлявших четвертую часть шведской армии. Они были наголову разбиты русскими у Яковецкого леса. Первый этап сражения окончился к шести часам утра. Наступило трехчасовое бездействие шведских войск. Передышка означала, что шведы уступили инициативу.
Через некоторое время разведка русских сообщила, что шведы строятся в боевой порядок у Малобудыщанского леса. Теперь главную роль должна была сыграть русская пехота. Петр I приказал вывести полки. Шесть пехотных полков остались в лагере, чтобы шведы не увидели численного превосходства русских и не отступили без боя. Русские полки построились перед лагерем. Пехота выстроилась в две линии: впереди первые батальоны каждого полка, за ними вторые. Это обеспечивало взаимоподдержку, необходимую глубину боевого порядка, а также известную самостоятельность действий полков. В первой линии находилось 10 тысяч человек. Артиллерия была рассредоточена по всему фронту пехоты. На левом фланге расположились шесть отборных драгунских полков под командованием Меншикова, на правом – одиннадцать во главе с Боуром. Три батальона пехоты направлялись для связи с гарнизоном Полтавы, а шесть драгунских полков – в село Жуки для помощи казакам при преследовании врага.
Командующим всеми войсками был назначен Шереметев, сам Петр принял на себя руководство дивизией центра. Перед началом боя царь обратился к солдатам со знаменитым призывом: «Воины! Вот пришел час, который решит судьбу отечества. Итак, не должны вы помышлять, что сражаетесь за Петра, но за государство, Петру врученное, за род свой, за отечество…»
Боевой порядок шведских войск по форме соответствовал построению русских полков. Но пехота была поставлена в одну линию, чтобы растянуть фронт и скрыть большие потери, понесенные на первом этапе боя. Во второй линии находилось только три батальона пехоты. Конницу расположили в две линии и равномерно распределили на флангах, четыре пушки поставили вдоль фронта. В таком боевом порядке шведы пошли на сближение с русскими.
При сближении на ружейный выстрел обе стороны дали сильный залп из всех видов оружия. Огонь русской артиллерии расстроил неприятельские ряды, затем наступил момент жестокого рукопашного боя. Два шведских батальона, сомкнув фронт, бросились на выделявшийся своими сермягами первый батальон Новгородского полка. К их удивлению, «новобранцы» не растерялись. Но штыковой атакой шведам все же удалось смять и потеснить первый батальон. Петр сам повел в атаку второй батальон. Новгородцы кинулись с примкнутыми штыками и восстановили линию. Могучая фигура Петра привлекла вражеских стрелков: одна пуля пробила ему шляпу, вторая – седло.
Огромную роль сыграла прекрасная русская артиллерия. Второй этап боя продолжался с 9 до 11 часов. В первые полчаса орудийный и ружейный огонь причинил шведам громадный урон. Отборные полки Карла потеряли больше половины состава и почти всех офицеров. Во время боя ядро ударило в королевские носилки, среди воинов пошел слух, что Карл погиб. Панику усилил фельдмаршал Реншильд, закричав: «Ваше величество, наша пехота погибла!»
