Русская армия сразу же занялась укреплением своего опорного пункта, окружив его рвом и живой изгородью из острых кольев, называемых «испанскими рогатками». По периметру лагерь Петра (ретраншемент) был защищен бруствером, на котором были установлены пушки. Перед лагерем было открытое поле с сухой песчаной почвой шириной около километра; с тыла позиции русских были защищены речным обрывом. Нападения шведов со стороны реки можно было не опасаться не только из-за крутизны западного берега, но и потому, что к югу от русского лагеря вплоть до самой Полтавы оба берега Ворсклы были заболочены и покрыты лесом, что создавало трудности для прохода армии. Новый шведский лагерь был расположен возле разрушенного села Павленки – к северо-западу от Полтавы и юго-западу от позиций русских. Между обоими лагерями было ровное поле клиновидной формы, окаймленное лесом и двумя ручьями с заболоченными берегами. Русские солдаты сделали в этому лесу завалы и засеки, чтобы помешать проходу сколь-нибудь крупных подразделений противника; на опушках были выставлены казачьи патрули, которые должны были предупредить Петра о приближении шведов. Кроме того, вдоль фронта был построен ряд редутов. Всего их было шесть, и каждый отстоял от другого на 150 метров. Эти редуты были обнесены высокими земляными валами и рогатками. Затем было решено построить еще один ряд редутов – перпендикулярный первому и обращенный в сторону шведского лагеря. Эти четыре новых редута дали бы русским возможность вести перекрестный огонь, что поставило бы перед шведами непростой выбор: штурмовать эти укрепления или, продолжая движение в сторону русского лагеря, быть обстреливаемыми с флангов и тыла. Такое устройство лагеря и редутов имело одну цель: противостоять самой эффективной тактике шведов – тактике «gå-på» – и защитить свою артиллерию, которая должна была встретить противника картечью; очевидно, что русское командование хорошо изучило шведскую тактику и подготовилось к генеральному сражению. Впрочем, к 28 июня было построено только два из четырех перпендикулярных (продольных) редутов.

Хотя выбрали и укрепили поле предстоящей битвы русские, у шведов были свои планы, как склонить военную удачу на свою сторону. Они собирались под покровом ночи неожиданно напасть на русские редуты, захватить их и уже оттуда атаковать русский опорный пункт; шведская кавалерия должна была обойти ретраншемент Петра с севера, отрезав русским войскам пути отступления. Однако с самого начала сражение пошло не по плану Карла. Его пехота слишком долго ждала, пока кавалерия выстроится в колонны, и элемент неожиданности был упущен. Тем не менее солдатам все равно был отдан приказ выдвигаться на поле боя. Однако, дойдя до русских редутов, шведские пехотинцы столкнулись с неожиданной проблемой. Им удалось быстро захватить два первых недостроенных укрепления, но защитники третьего редута оказали противнику ожесточенное сопротивление, и между атакующими колоннами шведов появились разрывы. В то время как генерал-майор К. Г. Роос со своими солдатами штурмовал третий редут, остальная шведская пехота продолжила наступление на оставшиеся редуты. Некоторые из этих укреплений были взяты, и русские были вынуждены отступить к своему опорному пункту. Шведская пехота и кавалерия сгруппировались к западу от русского ретраншемента и стали ждать прибытия отряда Рооса. Однако у Рооса дела обстояли плохо. Хотя его людям и удалось захватить третий редут, русские быстро поняли, что этот отряд оторван от основных шведских сил. Солдаты Рооса были окружены и не смогли прорваться к своим. К 9 часам утра треть шведской пехоты сдалась в плен, так и не приняв участия в решающем бою.