Saadakseen täsmällisen käsityksen tästä taistelusta ja sen tapahtumispaikasta, tulee kuvitella mielessään, että Pultava oli siitä pohjoiseen, Ruotsin kuninkaan leiri hieman eteläkaakkoon päin, ja hänen kuormastonsa noin penikulman päässä hänen takanaan, samalla kun Pultavan joki (Vorskla) juoksee kaupungin pohjoispuolella idästä länteen.[27] Tsaari oli kulkenut mainitun joen yli penikulman päässä Pultavan länsipuolella ja alkoi varustaa itselleen leiriä.
Päivän koittaessa lähtivät ruotsalaiset juoksuhaudoistaan. Heillä oli vain neljä tykkiä, muu tykistö jätettiin noin kolmentuhannen miehen kanssa leiriin, ja neljätuhatta miestä jäi kuormaston suojaksi. Siten oli vihollista vastaan marssiva ruotsalainen armeija 21,000 miehen suuruinen, siinä luvussa noin 16,000 ruotsalaista.
Kenraalit Rehnsköld, Roos, Lewenhaupt, Schlippenbach, Horn, Sparre, Hamilton, Württembergin prinssi, kuninkaan sukulainen, ja muutamat muut, joista useimmat olivat olleet mukana Narvan taistelussa, muistuttivat alemmille upseereille sitä päivää, jolloin 8,000 ruotsalaista oli tuhonnut 80,000 miehen suuruisen venäläisen armeijan näiden linnoitetussa leirissä; upseerit sanoivat sen sotamiehille, ja kaikki rohkaisivat marssiessaan mieltänsä.
Kuningas johti, kantopaareiltansa, taisteluliikkeitä jalkaväkensä etunenässä. Osa ratsuväestä eteni hänen käskystään, käydäkseen vihollisen ratsumiesten kimppuun. Näin alkoi taistelu kello puoli viiden korvissa aamulla. Vihollisen ratsuväki oli lännessä, venäläisten leiristä oikealla. Ruhtinas Menshikov ja kreivi Golovin olivat sijoittaneet sen useaan paikkaan tykeillä varustettujen linnakkeiden väliin. Kenraali Schlippenbach hyökkäsi ruotsalaisten etupäässä tätä ratsuväkeä vastaan. Kaikki ne, jotka ovat palvelleet ruotsalaisissa joukoissa, tietävät, että on miltei mahdotonta vastustaa heidän ensimäisen rynnäkkönsä raivokkuutta. Venäläisten eskadroonain rivit murrettiin ja puhkaistiin; tsaari itse riensi jälleen kokoamaan niitä; hänen hattunsa läpi lensi kiväärinkuula; Menshikovilta ammuttiin kolme hevosta alta; ruotsalaiset huusivat jo: voitto!
Kaarle ei epäillyt voiton saavuttamista. Hän oli keskellä yötä lähettänyt kenraali Creutzin viidentuhannen ratsumiehen eli rakuunan kera hyökkäämään vihollisten kylkeen, hänen itsensä ahdistaessa heitä edestä. Mutta hänen onnettomuudekseen eksyi Creutz eikä saapunut perille. Siten sai tsaari, joka jo luuli joutuneensa tappiolle, aikaa koota jälleen ratsuväkensä; hän hyökkäsi nyt puolestaan kuninkaan ratsuväen päälle, joka, saamatta tukea Creutzin osastolta, vuorostaan joutui epäjärjestykseen. Schlippenbach itse joutui tässä rytäkässä vangiksi. Samalla ampui seitsemänkymmentäkaksi kanuunaa leiristä ruotsalaista ratsuväkeä, ja venäläinen jalkaväki lähti liikkeelle asemistaan hyökätäkseen Kaarlen jalkaväen kimppuun.
Tsaari lähetti nyt ruhtinas Menshikovin osastoineen asettumaan Pultavan ja ruotsalaisten väliin. Mainittu ruhtinas suoritti herransa käskyn taitavasti ja nopeasti. Hän ei ainoastaan katkaissut ruotsalaisen armeijan yhteyttä sen Pultavan leiriin jääneiden joukkojen kanssa, vaan myös saarsi ja murskasi erään kohtaamansa ruotsalaisen, kolmentuhannen miehen vahvuisen varajoukon. Jos Menshikov suoritti tämän sotaliikkeen omasta aloitteestaan, niin tulee Venäjän olla hänelle kiitollinen pelastuksestaan; jos sen oli tsaari määrännyt hänen tehtäväkseen, niin hän sillä osoitti olevansa Kaarle XII:n arvokas vastustaja. Sillä välin oli venäläinen jalkaväki lähtenyt varustuksistaan ja samosi nyt tasangolle taisteluun. Toiselta puolen taas ruotsalainen ratsuväki kokoontui uudelleen neljännespenikulman päähän vihollisarmeijasta, ja kuningas järjesti sotamarski Rehnsköldin avulla kaikki yleiseen taisteluun.
Hän asetti joukkojensa jäännökset kahteen rivistöön, jalkaväen keskelle ja ratsuväen molemmille siiville. Tsaari järjesti armeijansa samalla tavalla, mutta hänellä oli etuna suurempi lukumäärä ja seitsemänkymmentäkaksi kanuunaa, joita vastaan ruotsalaiset voivat panna vain neljä, ja näiltäkin alkoi puuttua ruutia.
Venäjän keisarin paikka oli armeijansa keskustassa; hänellä oli vasta kenraalimajurin arvo, ja hän totteli näennäisesti kenraali Sheremetjevin johtoa. Mutta ollen keisari hän turkkilaisen ratsunsa selässä, joka oli suurherran lahjoittama, kiiti rivistä riviin, rohkaisten upseereja ja sotamiehiä ja luvaten kaikille palkintoja.
Kello yhdeksän aamulla alkoi taistelu uudelleen. Eräs venäläisen tykistön ensimäisiä laukauksia kaatoi Kaarlen paareja kantavat kaksi hevosta; hän käski valjastaa sijalle kaksi uutta. Toinen laukaus murskasi paarit ja heitti kuninkaan maahan. Neljästäkolmatta henkivartijasta, jotka nyt ryhtyivät häntä kantamaan, sai yksikolmatta surmansa. Ruotsalaiset hämmästyivät ja alkoivat horjua, samalla kun vihollisen tykistö jatkoi heidän murskaamistaan. Ensimäinen taistelurivistö väistyi toista kohti ja toinen lähti pakoon. Tässä viimeisessä kamppailussa riitti ainoastaan kymmenentuhatta miestä venäläistä jalkaväkeä musertamaan ruotsalaisen armeijan — siinä määrin olivat asiat muuttuneet!
Kaikki ruotsalaiset kirjoittajat sanovat, että heikäläiset olisivat voittaneet taistelun, jollei olisi tehty virheitä. Mutta kaikki upseerit väittävät, että koko taisteluun ryhtyminen sinänsä oli jo suuri virhe, ja vielä suurempi virhe oli asettua, vastoin mitä ymmärtäväisinten päällikköjen mielipidettä, tähän kadotuksen paikkaan sotaantottunutta vihollista vastaan, kun tämä oli kolme kertaa Kaarlea voimakkaampi sotamiesten luvulta ja apulähteiltä, joita ruotsalaisilla ei ollut. Narvan muisto oli pääsyynä Kaarlen onnettomuuteen Pultavan luona.