Decydującym momentem historycznym dla miasta stała się III wojna północna w latach 1700–1721 pomiędzy Szwecją i Rosją. 8 lipca 1709 na zachód i północ od Połtawy miała miejsce decydująca bitwa (bitwa pod Połtawą) najazdu szwedzkiego na Rosję. Licząca 28 tys. żołnierzy szwedzka i kozacka armia została wówczas całkowicie rozbita przez liczącą ponad 60 tys. żołnierzy armię rosyjską. Tylko niewielkie oddziały wraz z królem Karolem XII przedostały się do Turcji.

Po trzeciej wojnie północnej miasto stało się znane w całym Imperium jako miasto rosyjskiej chwały. Połtawa zaczęła aktywnie się budować, wkrótce miasto stało się jednym z głównych ośrodków handlu i rzemiosła w Małorosji. Na początku XIX wieku na Połtawszczyźnie działało 35 przedsiębiorstw przemysłowych, wśród nich produkujące saletrę, mydło, sukno, cegłę itp.