Через 70 лет, к 1699 году, в Европе сложился антишведский Северный союз, в который вошли Дания, Московское царство, Польша и Саксония. Цель заключённого союза – отвоевать у Швеции все захваченные ею земли, которые она «похитила у своих соседей». По союзному договору Эстляндия и Лифляндия должны были образовать вассальное государство под властью Польши. В 1700 году в регионе Балтийского моря началась Северная война.
Военные действия Северной войны начались в феврале 1700 г. неудачной попыткой саксонских войск, сражавшихся под польским флагом, захватить Ригу. В то же время датчане атаковали владения Швеции в Северной Германии, но потерпели поражение и были вынуждены заключить мир. Русский царь Петр I осенью 1700 г. привел свои войска под Нарву, для защиты которой во главе своего войска прибыл туда и Карл XII. В ноябре 1700 г. в битве у Нарвы шведские войска разбили численно превосходившую их армию русских. После этого Карл XII передислоцировал свои основные силы на юг против польско-саксонских войск. Этим воспользовался российский царь. В 1703 г. по распоряжению Петра I в устье реки Невы началось сооружение будущей столицы Петербурга. А на территорию Эстонии, которая по союзному договору должна была отойти Польше, русские войска совершали опустошительные походы. В 1704 г. российские войска захватили города Нарву и Тарту.
Швеции еще некоторое время сопутствовала удача, она добилась капитуляции Августа II Сильного (курфюрста Саксонии и короля Польши) и его отказа от польского престола. Оставшаяся без союзников Россия предложила Швеции мир, Швеция мир не приняла. В 1709 г. российская армия нанесла сокрушительное поражение войскам Карла XII в Украине в битве под Полтавой, которое решило исход войны в пользу России, и позволило вернуться на польский престол Августу II Сильному. За это Август II Сильный вынужден был отказаться от всех притязаний на Лифляндию. В том же 1709 г. русские войска окружили важнейший центр Лифляндии город Ригу, после падения которой в 1710 г. один за другим стали сдаваться все бывшие до того под властью Швеции города Эстляндии и Лифляндии. Военные действия на территории Эстонии прекратились с капитуляцией Таллинна в сентябре 1710 г. Присоединение Эстляндии и Лифляндии к России окончательно утвердил Ништадтский мирный договор, подписанный в 1721 г.