У 1708 р. воєнні дії були перенесені в Україну. Її населення терпіло від свавілля російських військ. Крім цього, Україні загрожував новий напад Польщі. Такі обставини змусили гетьмана перейти на бік шведського короля Карла ХІІ і укласти з ним у 1708 р. угоду. Ще до цього у своїй зовнішній політиці гетьман відмовився від орієнтації на Польщу, Крим і Туреччину. Тривалий час Мазепа продовжував лінію Самойловича, спрямовану на забезпечення максимально можливої автономії. З приходом до влади Петра І гетьман скерував політику Росії на поширення кордонів Гетьманщини з південного-заходу від Польщі, і з півдня, від Криму і Туреччини. Мазепа був прихильником союзу з Москвою до того часу доки Петро не надумав знищити усі прояви української державності. Інтенсивне використання козацького війська у віддалених від України місцях, спроби перетворити окремі полки на регулярні драгунські, руйнування зовнішньої торгівлі України – все це сповіщало близьку ліквідацію автономії України.
За цих умов серед української старшини виникла опозиційна щодо царизму група, яка обговорювала можливості відновлення Гадяцького договору з Польщею (в особі С.Лещинського) і союзу з Карлом ХІІ проти Москви. Однак зносини українських опозиціонерів з союзниками почались задовго до вступу шведів на Україну. Принаймні 1705 р. прибічники С.Лещинського пропонували гетьманові вступити до шведської коаліції. Ці переговори велися в глибокій таємниці і привели до того що коли І.Мазепа перейшов на сторону Карла ХІІ значна частина українського населення йому не повірила. Українська старшина змусила Мазепу до рішучих кроків 1708 р., коли гетьман опинився у безвиході після наказу Петра І йти на допомогу російській армії, у той час, коли вся Україна була окупована царськими військами. Гетьман вирішив дочекатися наслідків вирішальної суперечки між Петром І і Карлом ХІІ, але обставини не дозволили цього. І.Мазепа виступив проти Петра І, не встигши ні підготувати до цього українське суспільство, ні стягнути в Україну більшість збройних сил. До цього кроку змусив гетьмана вступ шведів в Україну восени 1708 р. У своєму зверненні до війська й народу гетьман стверджував що союз із шведами допоможе визволити Україну з рабства і московської тиранії і відновить її самостійність. На переговорах з Карлом ХІІ І.Мазепою було висунута головна вимога – незалежність Української держави з довічною владою гетьмана, її територія мала охоплювати всі землі, що належали українському народові в давні часи. Йшлося про те, що шведський король не мав права користуватися ні титулом, ні гербом Української держави.
У 1708 р. Карл ХІІ вирішив завдати Московській державі остаточної поразки. З цією метою він розпочав похід через білоруські землі на Смоленськ і далі на Москву. Однак після кількох невдач змушений був повернути в Україну для відпочинку та поповнення припасів. Такий несподіваний розвиток подій зненацька захопив І.Мазепу, котрий не хотів допустити перетворення України на театр воєнних дій, і став однією з причин майбутніх невдач. Ні козаки, ні за невеликим винятком, старшина, ні тим більше цивільне населення навіть не здогадувалося про справжні наміри гетьмана. Тому, коли він об’єднався зі шведським королем – це стало повною несподіванкою для абсолютної більшості українського населення. Воно виявилося неготовим до такої різкої зміни й залишилося пасивним до дій І.Мазепи. До того ж, більша частина українського війська на той час не мала зв’язків з гетьманською ставкою або перебувала за межами України. Як наслідок, на з’єднання зі шведами гетьман привів лише 4-6-ти тис. військо. На домогу йому прийшли 8 тис. запорожців під проводом кошового Костя Гордієнка.
І хоча шведським солдатам заборонялася усілякі ревізії і насильства щодо українського населення, хоча харчі і фураж вони здобували тільки за гроші, народ переважно ставився до шведів як до ворогів, значною мірою завдяки православному духівництву. Позиція церкви визначалася настановами й наказами Петра І.
Стратегічним прорахунком шведського командування були дії на півночі України, які призвели до втрати Стародуба. Впав і Батурин. У травні 1709 р. московськими військами було зруйновано Січ, а також видано постійно діючий царський наказ страчувати на місці кожного спійманого запорожця. Повна поразка шведських військ під Полтавою змусила гетьмана Мазепу втікати з України і шукати притулку в Туреччини, на території Молдавії, де біля міста Бендери 21 вересня 1709 р. він помер. Новим гетьманом, але вже на чужині, було обрано Пилипа Орлика (1672-1742). “Угода і Конституція прав і свобод Війська Запорізького” – результат колективної праці козацької громади на чолі з П.Орликом – була скріплена підписом і печаткою гетьмана у день його обрання на цей пост – 5 квітня 1710 р. Вона стала першою писемною Конституцією у світі, яка увібрала звичаєві закони Війська Запорізького.
Вона мала здійснюватися після здобуття Україною незалежності. Документ складався з 16 статей. У преамбулі Конституції подавалася характеристика тогочасного політичного життя, всебічних утисків та порушень козацьких свобод після Переяславської Ради. Зазначалося, що кордон з Польщею повинен бути відновлений по річці Случі (як за Хмельницького), а запорожцям повернуті всі відібрані у них землі і поселення. Верховна влада належатиме гетьманові, який обиратиметься розширеною козацькою радою. Щоб гетьман, за прикладом московських царів, не міг діяти самовільно, його влада буде обмежена постійною участю в управлінні генеральної старшини, а також Генеральною радою (своєрідним козацьким парламентом), яка скликатиметься тричі на рік.
Після невдалого виступу І.Мазепи, російський цар Петро І (1682-1725) взявся за ліквідацію автономії Гетьманщини. Уже під час виборів нового гетьмана Лівобережної України царський уряд почав диктувати свою волю. Старшина хотіла вручити гетьманську булаву чернігівському полковнику Павлу Полуботку. Але заявивши, що з полуботка може вийти новий Мазепа, Петро І наказав обрати гетьманом Стародубського полковника Івана Скоропадського.
Після виборів гетьмана за традицією потрібно було підписати нові “статті”, але Петро І відмовився це зробити, посилаючись на складну військову ситуацію. Єдине, на що відважився гетьман, було те, що він звернувся до царя з проханням підтвердити права і вольності Гетьманщини. У відповідь І.Скоропадський отримав “Решительный указ” царя від 31 липня 1709 р., відповідно до якого по суті козацтво підпорядковувалося російському трону. Відтепер царським воєводам дозволялося цікавитися внутрішніми справами України, втручатися в місцеве судочинство. У 1709 р. до козацького гетьмана приставили регента-стольника Ізмаїлова, яким мав таємну інструкцію слідкувати за інакомислячими українцями. Гетьманська резиденція переносилась в Глухів, що розміщувався на московському кордоні і де перебувало постійно два російських полки.
Формально залишивши попередній устрій Гетьманщини, цар повністю ігнорував автономні права України, владу самого гетьмана. У 1715 р. Петро І видав наказ, який скасовував колишній порядок виборів полкової і сотенної старшини: тепер полкові і сотенні ради визначали тільки кандидатів, а гетьман з дозволу російського міністра-резидента призначати одного з кандидатів, який давав клятву в присутності царського радника. А далі гірше – цар сам призначав полковників і як правило росіян або інших чужинців.
Другий напрямок політики Петра І супроти Гетьманщини полягав у цілеспрямованому винищенні її населення. Системою стали примусові канальні роботи, будівництво міст і оборонних споруд. До цих акцій залучалося десятки тисяч козаків, селян і міщан. Додому поверталося лишень 30-60% усіх мобілізованих, решту гинуло від тяжких умов життя, епідемій, каліцтва, голоду тощо.
Третій аспект колонізаторської політики – економічне свавілля царських чиновників на Україні. Усе частіше українським купцям заборонялося займатися зовнішньою торгівлею, запроваджувалася державна монополія на виробництво і продаж багатьох товарів. Вводилися закони, відповідно до яких українським торговим людям дозволялося перекуповувати товари тільки у російських купців. Московські чиновники визначали ярмарку і передусім порти в Росії, де могли торгувати купці з України. Цар значно обмежив права українців, які виїжджали на південь країни за сіллю, рибою та іншими товарами. Вільна торгівля на Україні завдяки цим заходам практично перестала існувати. Російський уряд прагнув збувати на українських землях тільки мідні гроші, з тим, щоб в обігу населення Росії залишалися золоті та срібні монети і якомога більше їх осідало в царській казні. Ослаблювали Україну і багато численні постої російської армії.
Сила царської влади була також спрямована і проти української культури. Саме за часів Петра І помітно скоротилась сфера вживання української мови, насамперед в офіційних установах і містах, занепало видання українських книг, започаткувався курс на русифікацію освіти, українська церква попала під опіку московської патріархії. У 1720 р. царський указ забороняв друкування українських світських книг. Українську еліту стали насильно забирати у Росію.
Весною 1722 р. Скоропадський в черговий раз приїхав до царської столиці і несподівано для себе отримав наказ Петра І про запровадження з 29 квітня 1722 р. на Україні так званої Малоросійської колегії. Складалася вона з шести осіб: трьох росіян і трьох українців, очолював її представник центральної влади – московський бригадир Вельямінов, який і почав правити Гетьманщиною. Повернувшись на Україну, І.Скоропадський через кілька днів помирає – 3 липня 1722 р., призначивши до виборів нового гетьмана наказним гетьманом Павла Полуботка (1722-1723 рр.).