Петр заменил приказы, не имевшие порой четко ограниченной сферы ответственности, коллегиями, отвечавшими за конкретные отрасли государственной жизни. Суть проведенной Петром реформы государственного управления хорошо изложил С.М. Соловьев: «Петр в 1720 году учредил коллегии, из которых каждая заведовала каким-нибудь определенным делом, например, коллегия иностранных дел заведовала сношениями с иностранными государствами, коллегия военная, коллегия морская или адмиралтейская, коллегия юстиции для судных дел, коллегия для торговых дел или коммерц-коллегия и т. д. Коллегии состояли из нескольких членов, старший из которых назывался председателем, или президентом, и все дела обсуждались и решались сообща; для наблюдения, чтоб дела шли правильно, в каждой коллегии находился прокурор, и все эти прокуроры были подчинены генерал-прокурору, находившемуся при Сенате». Всего в царствование Петра было учреждено 12 коллегий.
В 1708–1715 годах Петром была проведена реформа местного управления. Россия была разделена на губернии. Первоначально в 1708 году было создано 8 губерний. Губернии делились на провинции, а провинции – на уезды. Самую же первую губернию, Ингерманландскую, позднее переименованную в Петербургскую, Петр основал еще в 1702 году на отбитых у шведов землях. Был организован высший контрольный орган – Сенат и высший орган управления церковью – Священный Синод. Правительствующий Сенат был организован в 1711 году, чтобы править страной в отсутствие царя, отправившегося в Прутский поход, но затем стал постоянным учреждением, сначала административным, а затем и судебным. В Сенат входили руководители коллегий и специально назначенные царем лица – сенаторы. 22 января 1722 года Петр издал «Табель о рангах», в которой было четырнадцать классных чинов, жаловавшихся независимо от исполняемой должности и сохранявшихся при переходе в другую должность или ведомство. Отсюда пошло слово «чиновник» – носитель классного чина.
Царь поощрял развитие промышленности и торговли. К концу царствования Петра в России было 233 фабрики и завода. Он выдавал кредиты купцам для основания новых мануфактур и торговых компаний, поощрял также и дворян к устройству мануфактур. Интересно, что уже в 1723 году во всех присутственных местах Российской империи употреблялась бумага только отечественного производства. Но главное внимание уделялось предприятиям, работавшим для нужд армии и флота: суконным мануфактурам, шившим мундиры для войска, парусным фабрикам, изготовлявшим паруса для флота, металлургическим заводам, заводам по литью пушек и изготовлению ружей.
Петр учредил Академию наук, для которой пригласил из-за границы лучших ученых, и первый российский музей – Кунсткамеру, способствовал основанию в 1702 году первой российской газеты «Ведомости». Он также учредил Навигацкую школу и Шляхетский корпус для подготовки офицеров армии и флота. Петр заставил дворянство и мещан носить европейское платье, собираться на ассамблеи вместе с женами, запретил носить традиционные православные бороды всем, кроме крестьян и духовенства.
Первый брак Петра с Евдокией Федоровной Лопухиной оказался неудачным. Царь предпочитал законной супруге немку Анну Монс и сослал жену в монастырь. Ее сын царевич Алексей не питал к отцу особо теплых чувств, был обижен на него за мать, не одобрял радикальные реформы по ломке русского быта. После женитьбы Петра на лифляндской прачке Марте Скавронской, которая в православии стала Екатериной, а затем была коронована Петром императрицей, Алексей бежал за границу и нашел убежище в Австрийской империи. Петр с помощью своего посланника Петра Андреевича Толстого выманил беглеца обратно в Россию и вопреки данному обещанию отдал его под суд Сената, приговорившего царевича к смертной казни. Алексей умер в тюрьме после пытки, которой был подвергнут, и приговор не был приведен в исполнение. По одной из версий, он был задушен убийцами, подосланными Петром, а целью убийства было не допустить, чтобы человек царского рода был казнен смертью.
Вообще, Петр отличался жестокостью к своим врагам, а также к тем, кого подозревал во враждебных намерениях. Он лично пытал сторонников Софьи, участвовал в казнях стрельцов. Он приказал любовника своей бывшей жены генерала Глебова посадить на кол в лютый мороз в шубе, чтобы несчастный подольше помучился. А перешедшего после Нарвского поражения служить шведам бывшего русского бригадира Мюленфельса, попавшего в русский плен после Полтавы, посадил на кол, заставив наблюдать за казнью всех шведских пленных. А попавших в плен запорожцев Мазепы Петр колесовал.
С Мартой Скавронской Петр сошелся в 1703 году. В 1711 году Петр объявил Марту своей женой, а в 1712 году обвенчался с ней. У Петра и Екатерины было 11 детей, из которых выжили только дочери Анна и Елизавета (будущая императрица Елизавета I).
Военная реформа Петра свелась к замене иррегулярного стрелецкого войска и дворянского ополчения постоянной регулярной армией. Царь реформировал армию по европейскому образцу, для комплектования которой ввел постоянный рекрутский набор, создал мощный военный флот на Балтийском море. Он сам написал военный устав и «правила сражения», списанные в основном со шведских образцов. Петр стал набирать солдат, которые занимались только военным делом. Дворяне должны были теперь начинать службу с рядовых, а затем становиться офицерами в солдатских полках. К началу Северной войны таких полков было 27, сведенных в три дивизии. Один солдат рекрутировался от 75 крестьянских или городских дворов. К моменту смерти Петра регулярная армия насчитывала 210 тысяч человек, не считая казаков. Она была вооружена кремневыми мушкетами и пушками, отлитыми на российских заводах, и одета в единообразные форменные кафтаны и ботфорты. Кроме того, 28 тысяч человек служили во флоте, в котором насчитывалось 48 линейных кораблей и 787 галер и других мелких судов.
Исход великой Северной войны был решен в сражении под Полтавой 8 июля 1709 года. Русская армия под личным командованием Петра наголову разгромила армию Карла XII, прежде не знавшего поражений. Карл вместе с изменившим Петру прежним соратником гетманом Украины Иваном Мазепой вынужден был искать спасения в турецкой крепости Бендеры в Бессарабии. В плен попало 23 тысячи шведов, из которых вернулось на родину только 4 тысячи солдат и офицеров. С Карлом и Мазепой ушло в Турцию лишь 1300 шведов и украинцев. Все трофеи и имущество, награбленное армией Карла в бесчисленных походах по Европе, достались победителям. Великодержавие Швеции навсегда ушло в прошлое, и Россия заняла ее место в системе европейских держав. Саксония и Дания возобновили союз с Петром, а датчане также возобновили войну со шведами. К антишведскому союзу примкнула и Пруссия, обязавшаяся не пропускать через свою территорию шведские войска. За это Петр отдал Пруссии отбитый русскими войсками у шведов Шеттин. А в 1714 году Пруссия объявила войну Швеции. В 1710 году с Россией заключил союз курфюрст Ганновера. В том же году русские войска заняли Выборг, Кексгольм, Ревель и Ригу. Петр оставил немецкому дворянству и горожанам Лифляндии и Эстляндии все их права и привилегии. Иначе, как понимал царь, очень трудно будет удержать эти провинции.
В ноябре 1710 года возобновилась война с Турцией. Петр рассчитывал на помощь Дунайских княжеств – Молдовы и Валахии – и отправился с армией к Дунаю. Однако турки сумели предотвратить выступление господарей этих княжеств. Господарь Молдовы привел в лагерь Петра лишь очень небольшое войско, а господарь Валахии вообще не выступил. Лагерь Петра на Пруте был окружен превосходящими турецкими силами. Благодаря взяткам, обильно данным турецким вельможам, Петру удалось заключить сравнительно легкий Прутский мир, по которому Россия лишалась всех приобретений по Константинопольскому миру, а также передавала Турции новопостроенную крепость Таганрог и отказывалась от протектората над большей частью Запорожья. По возвращении в Константинополь великий визирь за слишком мягкие условия мира был обвинен в измене и казнен.
В 1717 году Петр в Париже добился заключения формального союза с Францией и Пруссией и лишил Швецию последнего союзника, который, впрочем, из-за Войны за испанское наследство не в состоянии был помочь Карлу.
Шведский король вынужден был пойти на переговоры о мире. В 1718 году на Аландских островах открылся мирный конгресс. Однако вскоре Карл был убит под стенами норвежской крепости Фридрихсталь, и в Швеции взяла верх военная партия. Шведам удалось заключить союз с Англией, но он носил чисто формальный характер, поскольку английский флот не собирался воевать с русским флотом на Балтике за шведские интересы. Новые победы русских моряков и ряд русских десантов на шведское побережье вынудили шведов пойти на мир, который был заключен в Ништадте 10 сентября 1721 года. Россия приобрела Лифляндию, Эстляндию, Ингрию, часть Карелии, возвращала Швеции Финляндию и выплачивала денежную компенсацию за приобретенные территории. Отныне Россия твердой ногой стояла на Балтике и доминировала в ее восточной части. Петр утверждал, что отдать Лифляндию королю Августу, как это было договорено первоначально, никак нельзя, поскольку-де поляки не смогут удержать эту провинцию, которая непременно перейдет обратно к Швеции или какой-либо другой державе. 31 октября 1721 года Сенат удостоил Петра титулами «отец отечества», «император всероссийский». Из них Петр принял лишь титул императора, что должно было поднять престиж России, которую теперь все признавали великой европейской державой.
На содержание чиновничества во всей Российской империи Петр к концу своего царствования тратил примерно столько же средств, сколько Швеция тратила на содержание бюрократии в одной только крошечной Эстляндии. Это предполагало, что российские чиновники должны жить преимущественно на взятки. Петр карал смертью наиболее зарвавшихся взяточников, бравших явно «не по чину», вроде обер-фискала Нестерова и сибирского губернатора князя М.П. Голицына, но коррупцию нисколько не умерил.
Важную роль в сохранении спокойствия в империи Петр придавал тайной полиции и доносам. Ее функцию выполнял Преображенский приказ, а с 1718 года – Тайная розыскных дел канцелярия. Петр поощрял доносы, призывал доносить не только «на подлых, но и на самые знатные лица без всякой боязни, за что получают награждения…». Недоносительство же, наоборот, каралось смертью.