На следующий день, 3 ноября, едва занялось утро, войска Меншикова пошли на приступ, и батуринцы, после двухчасового сопротивления, наконец сдались. (По слухам, ворота открыл казак, надумавший переметнуться к русским.) Петр предоставил Меншикову решать судьбу города, но выбора у того уже не оставалось. К Батурину быстро приближалась основная шведская армия вместе с Мазепой, а на подготовку к осаде у Меншикова не хватало ни времени, ни сил. Однако он не мог допустить и того, чтобы шведы овладели крепостью вместе со всеми запасами продовольствия и снаряжения. И он отдал приказ уничтожить город. Солдаты Меншикова истребили все население Батурина – и казаков, и мирных обывателей. Пало 7000 человек, и только 1000 удалось скрыться. Все, что можно было унести, раздали солдатам, а сам город вместе со столь необходимыми шведам припасами был предан огню. Батурин – старинная казацкая твердыня – исчез с лица земли.
Петр считал, что судьба Батурина должна послужить уроком для всякого, кто замыслит измену. И он не ошибся; удар был жесток, возмездие наступило мгновенно, и казаки уразумели, что существует могучая сила, карающая немилосердно. Дабы еще более ограничить возможное влияние изменника, Петр срочно созвал казацких начальников и старшин, и предложенный им кандидат – стародубский полковник Скоропадский – был избран гетманом вместо Мазепы. На другой день прибыл митрополит Киевский с двумя другими архиереями, и Мазепа был торжественно отлучен от церкви и предан анафеме. Для пущей наглядности куклу, изображавшую Мазепу, пронесли по улицам, а затем вздернули на виселицу – лицом к лицу с повешенными защитниками Батурина. Анафему бывшему гетману провозглашали в церквах в Москве и по всей России, а царский манифест сулил подобную участь всем государевым изменникам.
Таким образом, Петру удалось притушить пламя Мазеповой крамолы прежде, чем пожар успел распространиться. Украина раскололась, и сколь ни созывал Мазепа казаков в шведский лагерь, откликнулись немногие, большинство же предпочло сохранить верность царю. Не больше проку было и от обещания Карла взять казаков под свою защиту. Народ украинский держался царя и нового гетмана, коней и провизию укрывали, а отбившихся шведов захватывали в плен и доставляли к русским войскам в расчете на вознаграждение. Довольный Петр писал Апраксину: «Малороссийский народ так твердо с помощью Божией стоит, как больше нельзя от них требовать; король посылает прелестные [подстрекательские] письма, но сей народ неизменно пребывает в верности и письма королевские приносит».
С потерей, вслед за обозом Левенгаупта, армейских и продовольственных складов Батурина запасы провианта и пороха у шведов уменьшились до опасной черты, а пополнить их здесь, в глубине России, было неоткуда. Обманулся Карл и в надежде на массовое выступление казаков на Украине. Вместо того чтобы найти убежище в безопасном краю, шведы вновь попали в окружение конных разъездов, которые жгли и разоряли все вокруг, и силы их таяли с каждым днем.
Для Мазепы все произошедшее обернулось катастрофой. Он мечтал разделить блистательный триумф с победителем, а выбрал свою погибель. Столица его была стерта с лица земли, сан достался другому, сторонники его покидали. Поначалу он убеждал Карла, что жестокость Меншикова только разъярит казаков, но и это оказалось иллюзией, и в одну ночь горделивый казацкий гетман превратился в сломленного старика, жалкого беглеца, искавшего защиты у шведской армии. У Мазепы оставалась теперь единственная надежда – шведский король. Если бы он одержал решительную победу и одолел царя, Мазепа сумел бы вернуть все, что утратил. До конца дней Мазепе суждено было оставаться в лагере Карла. Он уже не был могущественным союзником, но Карл помнил, на какой риск он шел из-за него, и чтил его по-прежнему. К тому же король ценил острый ум и живой нрав этого невысокого жилистого старика, который, несмотря на свои годы, был полон жизни и огня, а на латыни говорил так же свободно, как и сам король. В ходе русской кампании проницательность Мазепы и хорошее знание местности делали его ценным советником и проводником. Мазепа и приставшие к нему несколько тысяч казаков сохранили верность Карлу, чему немало способствовало отсутствие каких бы то ни было заблуждений насчет того, что случится с ними, попади они в руки русских. Однако, по некоторым данным, Мазепа продолжал и дальше плести интриги. Казацкий полковник, из числа бежавших с Мазепой к шведам, явился к Петру с устным посланием, уверяя, что старый гетман обещает передать Карла в руки Петра, если царь простит его и восстановит в гетманском сане. Петр отослал к Мазепе гонца с извещением о согласии, но на этом все дело и заглохло.