У стен Полтавы также назревал кризис. Беглецы во главе с Россом приближались к городу от реки. Шведские позиции под Полтавой, занимаемые остатками двух полков – Зедерманландского и Крунубергского, – состоявших из 850 солдат с батареей из двух малокалиберных пушек, и небольшим отрядом кавалерии из лейб-драгун, находились с юго-западной стороны города. Неподалеку от них в небольших укреплениях располагалось и несколько отрядов запорожцев. Поэтому Россу предстояло обогнуть Полтаву, чтобы соединиться с этими силами, но тут случилось непредвиденное. Харьковские ворота города (дорога от них вела в Харьковском направлении) неожиданно отворились, и из них высыпала колонна русской пехоты в составе 4 батальонов и небольшой отряд кавалерии. Шведских сил явно не хватало, чтобы полностью заблокировать в городе русский гарнизон. Драгуны Гайнске быстро установили с Келиным контакт, и тот был в курсе всех перемещений шведов в окрестностях города. Когда колонна Росса появилась в пределах видимости, комендант Полтавы решился действовать. Увидав новую угрозу, шведы остановились. Атаковать свежий русский отряд им даже не пришло в голову – по пятам за ними гнался Ренцель со своими войсками. Росс быстро развернулся и двинулся к системе брошенных шведских укреплений на берегу Ворсклы. Один из них, так называемый Гвардейский редут, и заняли его люди. Редут был самым большим и хорошо укрепленным, имел четырехугольную форму и позволял продержаться до прибытия помощи. Распределив людей на позициях, генерал принялся ждать. Было 9 часов утра.
Батальоны Келина не стали гнаться за Россом. Невдалеке у реки, там, где дорога на Харьков пересекала Ворсклу, находился небольшой редут. Он имел крестообразную форму и удерживался шведским отрядом из 40 человек. К нему и двинулись русские батальоны. Первым делом шведскому командиру было предложено сдаться, и тот не заставил себя долго упрашивать – отряд сразу сложил оружие. Окрыленные первым успехом русские батальоны направились к шанцам у юго-западной оконечности города, занимаемым шведами. Атака началась силами гарнизона, которые выступили через городские ворота, но была быстро отбита. Тогда с фланга к шведским позициям стали подходить и те 4 батальона, которые недавно заняли крестообразный редут. Они отбросили небольшие сторожевые отряды, пытавшиеся их остановить и, пройдя вдоль городских валов, начали скоординированную атаку совместно с теми батальонами, которые наступали со стороны Полтавы. Шведы быстро сориентировались и, стянув силы в кулак, укрепились в районе шанцев. Русская пехота со штыками наперевес одновременно бросилась на шведов как со стороны города, так и со стороны их правого фланга. В системе апрошей началась жаркая рукопашная схватка. Шведы упорно удерживали шанцы, отбивая все атаки русских батальонов. Солдаты какое-то время гонялись друг за другом по всей системе шанцев, то открывая друг по другу ружейный огонь, то бросаясь вперед с багнетами наперевес. Все же шведам ценой больших потерь удалось удержать шанцы. При этом погиб от ядра и командир зедерманландцев. Русским на этот раз удалось захватить только две шведские пушки, стоявшие на валу.
Тем временем вокруг Гвардейского редута собирались силы генерала Ренцеля. Штурмовать сильно укрепленную позицию тому явно не хотелось, поэтому первым делом к редуту был направлен парламентер с белым флагом. Помахав им на расстоянии, он стал вызывать шведского командира для переговоров. На валах показался генерал Росс. Парламентер от имени царя предложил тому почетную капитуляцию, пообещав, что со шведами будут обращаться как с лучшими пленными в мире. Генерал вежливо поблагодарил парламентера за столь «лестное предложение», тем не менее передал ответ Ренцелю: «Генерал знает, что со мной не мои солдаты, а солдаты короля и отдать их я не могу». При этом Росс пообещал подумать над российским предложением и попросил дать ему время до вечера. Парламентер удалился, а россияне, для большей наглядности, стали подготавливать у редута площадки для пушек, на которые и установили несколько орудий, перетянув их из Полтавы. Ренцель активно готовился к штурму, но вновь прислал парламентера. Росс на этот раз был более сговорчив, однако попросил еще два часа на размышление. Кроме этого, он потребовал, чтобы русские солдаты не готовились к штурму и залегли на некотором расстоянии от редута. В ответ Ренцель согласился дать Россу только тридцать минут. Росс продолжал тянуть время, надеясь на чудо, но чуда не происходило. Русские войска укрепляли свои позиции и подтягивали подкрепление. Наконец, посчитав, что время истекло, Ренцель опять прислал парламентера. На этот раз парламентер пошел на хитрость, заявив, что шведская армия разгромлена и бежит. Гарнизону было предложено незамедлительно сдаться, иначе он будет весь перебит в случае штурма. Шведский предводитель все же решил подстраховаться. Для того чтобы разделить моральную ответственность за сдачу, он стал совещаться с оставшимися в живых офицерами и даже спрашивать мнение солдат. Естественно, что измученные люди, многие из которых были тяжело ранены, причем у некоторых из них даже не было ружей (они их потеряли при отступлении), высказались за сдачу. Да и известие о разгроме войск короля казалось им правдивым – слишком много русских войск прибывало на помощь осаждающим. Наконец Росс передал парламентеру свое согласие на сдачу, но высказал требование, чтобы раненым была предоставлена первая помощь и оказан надлежащий уход, а офицерам были сохранены их шпаги. Ренцель, которому не хотелось начинать штурм сильно укрепленного редута, согласился на подобную капитуляцию с одной оговоркой. Так как решение о сохранении оружия офицерам мог принять только царь, то офицеры должны были временно передать свои шпаги на сохранение адъютанту Ренцеля. В свою очередь Ренцель пообещал походатайствовать перед государем о возвращении шпаг пленным. Подобные условия должны были свидетельствовать, что сдающиеся сохранили свою честь, проявив достаточно мужества, и сдались неприятелю, только оказавшись в безвыходной ситуации. 400 измученных солдат и офицеров оставили свои позиции и неспешно покинули редут. Это было все, что оставалось от колонны, которая насчитывала 2600 человек и составляла третью часть всей пехоты перед началом боя. Бессмысленные штурмы редутов лежат как на совести генерала Росса, так и на совести Реншельда с Левенгауптом, которые не удосужились убедиться в правильном понимании подчиненными их команд и самоустранились от поддержания связи со всеми подразделениями в ходе наступления. Это предопределило не только трагический конец этой ударной пехотной группировки, но и поражение всей армии. Шведы, покинув редут, сдали оружие, а генерал Ренцель действительно свое обещание сдержал: раненые получили первую помощь, а остальные его пленные не подверглись ни оскорбительным унижениям, ни грабежу.
В нескольких километрах севернее события также стали приобретать драматический характер. Как уже сказано выше, победа над войсками Росса вдохнула в российское командование надежду на победу, но царь еще несколько колебался, так как слишком переоценивал силы шведов и боялся, что при их массированной атаке армия не выдержит и побежит. Однако внезапное движение шведов в северо-восточном направлении заставило царя решиться на выступление. Он, видимо, посчитал, что те просто уходят с поля боя, не решившись на сражение. Формально русской армией командовал фельдмаршал Борис Петрович Шереметев, но фактически всем, как всегда, распоряжался сам царь, хотя для виду Петр решил, что «достоин» командовать лишь пехотной дивизией. Ему подвели чистокровного скакуна, царь вскочил в седло и последовал за пехотным строем. Было решено далеко от лагеря не отрываться, чтобы по-прежнему опираться на его огневую мощь. В лагере оставили часть полевой артиллерии и всю тяжелую, а также все гаубицы и мортиры, которые могли стрелять через головы своих войск. Всего из лагеря было выведено 42 батальона пехоты, которые расположились лицом к шведам, а спиною к лагерю (в нем армия смогла бы укрыться в случае поражения). В самом лагере в качестве резерва еще оставались 9—10 батальонов пехоты (почти столько же, сколько у шведов оставалось пехоты вообще). При необходимости пехотинцы могли быть использованы либо для усиления армии в поле, либо для прикрытия отступления армии в лагерь. Пехота была выстроена в две боевые линии. В первой находилось 24 батальона, во второй – 18 батальонов. Вторая линия должна была поддерживать первую в бою, хотя непосредственно она принять участия в нем не могла, пока сражается первая. Однако батальонами второй линии можно подкреплять батальоны первой, понесшие потери в битве, либо задержать дрогнувшие и отступающие части. Однако в этом случае возможен вариант, когда охваченные паникой батальоны первой линии заразят ею и вторую, и таким образом разрушится весь строй. Тем не менее наличие второй линии имеет значение и как дополнительный моральный стимул для солдат первой линии, которые чувствуют со спины поддержку, да и за свой тыл спокойны.
Солдаты в линиях были выстроены друг к другу так плотно, что пространство, занимаемое одним батальоном по фронту, составило 80–90 метров. Интервалы между батальонами составляли всего 10 метров. В этих пространствах были установлены трехфунтовые пушки. Всего было размещено свыше 60 орудий. Таким образом, русское построение приобрело вид сплошной стены из войск. На флангах расположилась кавалерия. На правом стали 10 драгунских полков и полк конных гренадеров под командой опытного кавалерийского генерала Фредерика Боура. Эта группировка из 45 эскадронов насчитывала 9000 сабель. Кавалеристы также стали в две линии. В первой 23 эскадрона, во второй – 22. На левом фланге конницы было меньше. Сказалось утреннее сражение у редутов и выделение 5000 драгун Волконского для поддержки казаков Скоропадского, а вернее для контроля за ними, так как Петр сомневался в их лояльности. Уговоры генералов на Петра не подействовали, и полки генерала Волконского решили не трогать. Всего на левом фланге разместили 6 драгунских полков в 4800 всадников. 12 эскадронов стали в первой линии и столько же во второй.