Данію підштовхувало до конфлікту з Швецією давнє суперництво за панування на Балтійському морі. У 1658 році Карл X Густав розбив данців в ході походу в Ютландію і Зеландію і відторгнув частину провінцій на півдні Скандинавського півострова. Данія відмовилася від збору мита при проході судів через Зундську протоку. Крім того, дві країни гостро змагалися за вплив на південного сусіда Данії — герцогство Шлезвіг-Голштейн.
Вступ до союзу Саксонії пояснювався зобов'язанням Августа II повернути Речі Посполитій Ліфляндію у разі його обрання польським королем. Ця провінція опинилася в руках Швеції за Олівським мирним договором 1660 року.
Спочатку коаліція була оформлена договором 1699 року між Росією і Данією, причому Росія повинна була вступити у війну тільки після укладення миру з Османською імперією. Восени того ж року до переговорів долучилися представники Августа II.
Початок війни характеризується безперервною чергою шведських перемог.
12 лютого 1700 року війська Саксонії взяли в осаду Ригу, проте не досягли успіху . У серпні того ж року датський король Фредерік IV почав вторгнення в Голштейн-Готропське герцогство на півдні країни. Проте війська 18-річного шведського короля Карла XII несподівано висадилися під Копенгагеном. Данія була вимушена укласти Травентальський мирний договір і відмовитися від союзу з Августом II (про союз з Петром І тоді ще не було відомо, оскільки Росія не почала військових дій).
Приблизно в цей же час прийшла звістка про укладення Константинопольського мирного договору з турками і Петро оголосив війну Швеції і обложив Нарву. 19 листопада 1700 року війська Карла XII завдали російським військам важкої поразки в битві під Нарвою. Після цієї поразки на кілька років в Європі затвердилася думка про повну недієздатність російської армії, а Карл отримав прізвисько шведського «Олександра Македонського».
Шведський король ухвалив рішення не продовжувати активні військові дії проти російської армії, а завдати основного удару по військах Августа II. Історики розходяться в думках, чи було це рішення шведського короля обумовлено об'єктивними причинами (неможливістю продовжити наступ, залишивши в тилу саксонську армію) або особистою неприязню до Августа і зневагою до військ Петра.
Шведські війська вторглися на польську територію і завдали кілька відчутних поразок саксонській армії. У 1701 році була взята Варшава, в 1702 отримані перемоги під Торунню і Краковом, в 1703 — у Данцига і в Познані. А 14 січня 1704 року сейм позбавив влади Августа II як короля Речі Посполитою і вибрав новим королем шведського ставленика Станіслава Лещинського.
Тим часом на російському фронті не велося масштабних військових дій. Це дало Петру можливість відновити сили після поразки під Нарвою. Вже в 1702 році росіяни знов перейшли до наступальних операцій.
В ході кампанії 1702—1703 років в руках росіян опинилася вся течія Неви, що охороняється двома фортецями: у витоках річки — фортеця Шліссельбург (фортеця Орешек), а в гирлі — заснованим 27 травня 1703 року Санкт-Петербургом (там же, при впаданні річки Охта до Неви знаходилася узята Петром I шведська фортеця Нієншанц, розібрана пізніше для будівництва Санкт-Петербурга). Нарешті, в 1704 році російські війська захопили Нарву. Штурм фортеці наочно продемонстрував збільшену майстерність і оснащеність російської армії.
Дії Карла XII викликали незадоволеність в Речі Посполитій. В 1704 році зібралася Сандомирська конференція, щоб об'єднати прихильників Августа II і оголосила про невизнання Станіслава Лещинського королем.
19 (30) серпня 1704 року була укладена Нарвська угода між Росією і представниками Речі Посполитої про союз проти Швеції; згідно з цією угодою Річ Посполита офіційно вступала у війну на стороні Північного союзу. Росія спільно з Саксонією розвернула військові дії на польській території.
У 1705 році була здобута перемога над військами Лещинського у Варшави. В кінці 1705 року основні російські сили зупинилися на зимівлю в Гродно. Несподівано в січні 1706 року Карл XII висунув в цьому напрямі великі сили. Союзники розраховували дати бій після підходу саксонських підкріплень. Але 13 (24) лютого 1706 року шведи завдали нищівної поразки саксонської армії в битві при Фрауштадті, розбивши втричі більші сили супротивника. Залишившись без надії на підкріплення, російська армія була вимушена відступити у напрямі Києва.
Але Карл знов не пішов за військами Петра, а розвернув свою армію проти саксонців. Цього разу шведи вторглися вже на територію самої Саксонії. 24 вересня (5 жовтня) 1706 року Август II в таємниці уклав мирну угоду з Швецією. За договором він відмовлявся від польського престолу на користь Станіслава Лещинського, розривав союз з Росією і зобов'язувався виплатити контрибуцію на утримання шведської армії.
Проте, не наважуючись оголосити про зраду у присутності російської армії під командуванням Меншикова, Август II вимушений був з своїми військами брати участь в битві при Калиші 18 (29) жовтня 1706 року. Битва закінчилася повною перемогою російської армії і полоненням шведського командувача.
Ця битва стала найбільшою за участю російської армії з початку війни. Але незважаючи на блискучу перемогу, Росія залишилася у війні з Швецією наодинці.