1572年7月，俄军粉碎了克里木汗国的入侵。是年，波兰国王西吉蒙特二世去世，波兰出现了一段“空位期”，国内政局不稳。伊凡雷帝见有机可乘，便再次发动了对立沃尼亚的进攻。这次他交战的主要对象是瑞典。早在1567年，瑞典国王爱利克十四被推翻后，俄瑞同盟即告破裂。1573年，俄军攻占了瑞典在波罗的海沿岸的第二大据点派达。1575年，俄军打到里加湾沿岸。到1577年，俄军占领了除里加、列维尔等区以外的立沃尼亚大部分地区。伊凡雷帝一时踌躇满志，似乎已成东欧霸主，他同奥地利皇帝进行密谈，建议两国瓜分波兰—立陶宛：波兰和普鲁士归奥地利，立陶宛和立沃尼亚归俄国，但没有得到认同。
第四阶段：1578—1583年。在这一阶段，波兰、瑞典转入反攻，俄国战败求和，功败垂成。
1577年，斯杰凡·巴托雷当选为波兰新国王。这巴托雷也非寻常之辈，而是一位颇有远见和谋略的统帅。他决定采取“围魏救赵”之策，通过把战争引向俄国本土，对俄国本土造成巨大压力，把俄国赶出立沃尼亚。为此他经过一年多的战争准备，在军事上改组军队，提高炮兵性能，在匈牙利和普鲁士招募雇佣军，购买大量军事装备，加强军事训练；在外交上同克里木汗国和土耳其建立反俄同盟。1579年8月，成竹在胸的巴托雷亲率1.5万主力部队包围了波洛次克。伊凡雷帝由于麻痹轻敌，对早已获得的波兰国王企图袭击波洛次克的情报不以为然，没有加强该城的设防。波军经过近一个月的围攻，终于攻占了该城。
与此同时，瑞典军也乘势而入，加入了讨伐俄国的行列。它出动约1.7万人马和海上舰队进攻在立沃尼亚的俄军营地，克里木汗国积极响应，于1580年春对俄国南方发动了进攻。俄国四面楚歌，多处受敌，穷于应付。
1580年9月，巴托雷又调集3.5万人马，向俄国发动第二次进攻。这次波军来势汹汹，深入俄国腹地，攻占了大卢基等城市。11月，瑞典军队又占领了科列拉要塞。伊凡雷帝此时已意识到，不退出立沃尼亚，波兰和瑞典决不善罢甘休。波兰和瑞典是东欧和北欧的两个强国，以俄国之力，对付其中一国尚可，如和波、瑞两线作战，再加之克里木鞑靼人在南方的骚扰，则难以取胜，遂决定以退为进，破天荒地第一次请求罗马天主教皇出面斡旋调停，答应让出除纳尔瓦外的整个立沃尼亚，并建议各国结成反土耳其同盟。但巴托雷并不满足于这些让步，他决意不给俄国留下任何出海口，要求俄国还要交出纳尔瓦，并支付40万兹罗提的战争赔款。这意味着，俄国付出巨大代价、进行了长达二十多年的立沃尼亚战争将前功尽弃，伊凡雷帝自然无法接受，结果谈判破裂。
1581年8月，巴托雷调集4.7万大军对俄国发动了第三次进攻。这次进攻的目标是俄国西部重镇普斯科夫，对此俄国已有觉察，调集重兵防守。9月初，波军包围了普斯科夫，对该城开始猛烈炮击。普斯科夫城防坚固，由三道石墙护卫，城墙长约9公里，高为9米，厚达5米，城上架有大炮，有俄军日夜守卫。9月7日，波军对普斯科夫炮击了一整天，在城南墙上打开了几个缺口。随后，波军发动总攻，冲入城内，俄守军拼死抵抗，居民中的成年男子几乎全部参加战斗，血战多时，才将已被波军占领的斯维努茨塔楼炸毁，塔楼中的波军全部毙命。在俄军的顽强抵抗下，波军终于支持不住了，在付出重大伤亡后退出了普斯科夫。之后波军对普斯科夫转为长期围困，企图使其不战自溃。
就在俄、波两军激战之时，瑞典再次出兵，占领了纳尔瓦、伊凡、雅姆、科秋里耶等城市。瑞典渔人得利，这使巴托雷大为不快，他要求瑞典将纳尔瓦和雅姆让与波兰，瑞典不允。结果波瑞同盟破裂。俄国方面，纳尔瓦的陷落使其失去了在波罗的海的一个重要出海口，使其长期征战的成果付之东流，更是受到极大打击。此时伊凡雷帝已无心和波兰再战，决定利用矛盾，先与波兰媾和，以便全力对付瑞典，夺回纳尔瓦。波军此时正陷在普斯科夫城外进退两难，骑虎难下，因此也愿意休战，通过谈判夺回立沃尼亚。两国遂展开谈判，经过激烈的讨价还价，1582年1月25日，双方签订了一个为期10年的停战协定，规定俄国将其在立沃尼亚夺得的大部土地让与波兰，波兰将其占领的俄国领土归还俄国。关于纳尔瓦，由于双方毫不相让，悬而未决，未列入协议。
之后，俄军积极备战，采取行动，企图从瑞典手中夺回纳尔瓦。正当俄军准备向纳尔瓦进发时，克里木汗国再次入侵，伏尔加河沿岸各族人民乘机起义，反对沙皇暴政，波兰政府也发出最后通牒，阻止俄国西进。内忧外患使伊凡雷帝夺取纳尔瓦的企图无法得逞。1583年，俄国不得不同瑞典签订为期3年的停战协定，规定瑞典所夺得的雅姆、伊凡、科秋里耶、科列拉等俄国城市继续由瑞典占领。俄国不仅没有夺回纳尔瓦，连自身的肢体也被宰割。在波罗的海，俄国只保住了芬兰湾沿岸涅瓦河口的一小片地方。伊凡雷帝争夺波罗的海出海口的立沃尼亚战争，以俄国的彻底失败而告终。
一百多年后，俄国又进行了一场大规模的争夺波罗的海出海口的战争，并最终如愿以偿，取得了胜利。这便是著名的“北方战争”或曰“北方大战”。这一辉煌业绩是由彼得大帝完成的。
到17世纪末，经过一百多年的扩张，俄国的领土成倍增加。中央黑土带和伏尔加河流域肥沃的土地为农业的发展提供了良好的条件。与此同时，手工业开始向手工工场过渡。农业和手工业的发展刺激了商业的发展。17世纪俄国的对外贸易比16世纪增加了七倍。随着农业、手工业和商业的发展，俄国的新兴商人迫切要求扩大市场，打通出海口，与西欧通商，牟取暴利；俄国的贵族地主也需要输入大量的高级奢侈品以满足私欲。这样，打通出海口便成为俄国统治阶级迫不及待需要实现的目标。
前已述及，彼得一世在执政不久便两次远征亚速，企图打通黑海出海口，但由于俄国当时尚无海军，无力和土耳其在海上抗衡，仅仅夺得亚速夫要塞。之后他便加紧筹建海军，同时随俄国大使团微服出访西欧，企图巩固和发展反土同盟。但没料到不仅荷、英等国对参加反土同盟不感兴趣，原来和俄结成反土同盟的奥地利也打算退出同盟，与土耳其修好，以便集中力量参加西班牙王位战争。这使彼得一世大失所望，但同时他也发现，从瑞典手中夺取波罗的海出海口的形势却颇为有利：一方面，瑞典和邻国的紧张关系使俄国与其邻国结成反瑞典同盟成为可能；另一方面，欧洲列强正忙于准备西班牙王位继承战争，无暇干涉波罗的海事务。于是彼得一世果断地决定转变外交方针，把打击矛头由南转向北，将视线由黑海转到波罗的海，建立反对瑞典的同盟，从瑞典手中夺取波罗的海出海口。这样，他便见机行事，在这次出访中与勃兰登堡选帝侯腓特烈三世缔结了反对瑞典同盟的君子协定，与萨克森选帝侯兼波兰国王奥古斯都二世结成了反对瑞典同盟。
上述协定都是非正式的口头协定。1699年11月，萨克森与俄国在莫斯科正式签订了反对瑞典的同盟条约，条约规定，萨克森立即同瑞典断绝外交关系，在立沃尼亚、爱沙尼亚开始反对瑞典的战争；俄国与土耳其签订和约后参战，并在卡累利阿和莫格里亚开始军事行动。
读者会问，奥古斯都二世的身份是萨克森选帝侯兼波兰国王，为何仅以萨克森的名义和俄国签约？这里另有原委。波兰本来与瑞典有着深刻的矛盾，双方为争夺波罗的海的海上霸权多次发生过战争。1655—1660年的波瑞战争以波兰的失败而告终，瑞典从波兰手中夺走了包括里加港在内的立沃尼亚大部分领土，对此波兰一直耿耿于怀，希望收回立沃尼亚失地，恢复波兰在波罗的海的地位。但波兰同俄国的历史积怨更深，两国因领土和民族矛盾发生过更多的战争，因此波兰议会在部分敌视俄国的贵族的影响下，决定在瑞典和俄国之间采取中立政策。奥古斯都二世当选为波兰国王，是俄国扶植干预的结果。1696年，波兰国王扬·索别斯基病故后，王位虚悬，欧洲列强都想扶植自己的代理人，彼得一世则支持萨克森选帝侯奥古斯都为波兰国王，并声称如法国公爵科京当选，俄国将向波兰宣战。在俄国外交和军事的压力下，奥古斯都得以当选。因此，为报答彼得一世的扶持，奥古斯都二世本想把波兰也拉进反瑞同盟，这也正是俄国所期望的，但未能成功，只得仅让封建小藩国萨克森入盟。
彼得一世未能把波兰拉入反瑞同盟，另一个波罗的海强国丹麦却主动投入他的怀抱，这使他有点喜出望外。
丹麦曾是北欧头号强国，瑞典、挪威均曾处于其控制之下。16世纪瑞典独立后，两国为争夺波罗的海控制权进行了长期的斗争，丹麦屡战屡败，疆土日蹙，势力日衰。1657年战争时其全境曾被瑞典占领，后来被迫将斯堪的纳维亚半岛南部地区及博胡斯伦等地割让给瑞典。因此，为了夺回其被瑞典占领的土地，恢复在北欧的强国地位，消除瑞典的威胁，丹麦决心借助俄国的力量。1697年春，丹麦国王克里斯蒂安五世派遣使节到莫斯科，提议和俄国结盟。俄国自然求之不得，经过磋商谈判，1699年11月26日，俄国与丹麦正式签订反瑞同盟条约。条约规定，双方共同对瑞典作战，不得单独媾和；俄国支持丹麦对瑞典的领土要求，丹麦同意俄国获得瑞典在波罗的海东部的土地。丹麦在同俄国结盟之前，已在1698年与萨克森缔结了反瑞典同盟条约。这样，俄国、萨克森、丹麦三国反瑞典的“北方同盟”正式形成，大战的暴风雨即将来临。
北方战争从1700年爆发，到1721年结束，历时21年，大致可分为三个阶段。
第一阶段：1700年2月至11月，北方同盟发动反瑞典战争，遭受严重挫折。
1700年2月，俄国的小盟友萨克森首先向瑞典开战，派军包围了瑞典占领的波罗的海重镇里加，企图一举攻克，但遭到失败。3月，丹麦出兵进攻原属其保护区的荷尔斯泰因，占领了石勒苏益格等要塞。
瑞典对这场战争的到来早有觉察，也想竭力寻找盟友。1700年年初瑞典同英国签订了全面防御条约，规定缔约国任何一方受到第三国的攻击，另一方应给予援助。战争爆发后，英国和荷兰舰队即开进波罗的海，阻止丹麦对瑞典的进攻。5月，18岁的瑞典国王查理十二在英、荷舰队的支持下，率军突然在丹麦西兰岛登陆，包围了丹麦首都哥本哈根。这一招十分厉害，此时俄国由于和土耳其还没有签订和约，仍处于战争状态，尚未对瑞典开战；萨克森小国寡民，无力援助丹麦；丹麦本身又势衰力微，难以和英、荷两大海上强国支持的瑞典相对抗。于是丹麦背弃盟约，不战而降。8月8日，丹麦和瑞典签订和约，宣布撤出荷尔斯泰因，脱离北方同盟。俄国的一个主要盟友退出了战争。
就在丹麦和瑞典签订和约、退出北方同盟的前两天，俄国与土耳其签订和约的消息传到莫斯科。第二天，即8月7日，俄国正式向瑞典宣战。俄国首先选择的攻击目标是波罗的海重镇纳尔瓦。9月23日，彼得一世率3万多大军包围了纳尔瓦。当时纳尔瓦城内的瑞典守军仅有8000人，从数量上讲俄军占绝对优势，但俄军缺乏训练，武器质量低劣，军需供应滞后，军事指挥不力，虽猛攻多日，纳尔瓦城岿然不动。11月19日，瑞典国王查理十二率两万多援军抵达纳尔瓦城。上午10时，瑞军向俄军发起猛烈进攻。这天狂风呼啸，大雪纷飞，大部分俄军正躲在帐篷里喝酒取暖，在这突如其来的打击下乱作一团。瑞军在猛烈炮火的配合下很快突破俄军防线，俄军仓皇逃命，溃不成军。有的掉入纳尔瓦河中淹死，有的被瑞军俘获，彼得一世聘用的奥地利军官德·克洛阿元帅只得率俄军投降。
这一战俄军损失惨重，伤亡和被俘者共达1.7万多人，145门大炮连同炮兵全部被俘，瑞军仅损失约3000人。战争结束后，瑞典为庆祝胜利，专门铸造了一枚纪念章，纪念章的正面刻印着彼得一世依在大炮旁向纳尔瓦开炮的图案，题词是“彼得在取暖”；背面为彼得一世衣冠不整，泪流满面，逃离纳尔瓦的场面，题词是“逃之夭夭，哭声震天”，可谓竭尽讽刺挖苦之能事。
第二阶段：1701—1709年。在这一阶段，彼得一世大力进行军事改革，重新组织反瑞同盟，在波尔塔瓦大败瑞典军，取得决定性胜利。