Carui Aleksejui 1676 m. mirus, sostas atiteko jo pirmosios žmonos Marijos Miloslavskajos vyriausiam sūnui Fiodorui, kuris tuo metu buvo 14 metų amžiaus. Fiodorui 1682 m. mirus bevaikiui, jo tikras brolis Ivanas buvo 15 metų amžiaus, bet liguistas ir beveik aklas, o netikras brolis Petras I – sveikas 10 metų berniukas. Petro I motinos giminaičiai Naryškinai1682 m. sosto paveldėtoju paskelbė Petrą I, kurį ir maskviečių minia skelbė caru. Miloslavskiai, Ivano motinos giminaičiai, susimokė į sostą pasodinti Ivaną. Mirusiojo caro seseriai Sofijai pavyko sukurstyti Maskvos šaulius, kurių sušauktas seimas1682 m. „pirmuoju caru“ paskelbė Ivaną V, o „antruoju caru“ Petrą I. Abu carai buvo mažamečiai, tad regente tapo jų vyresnė sesuo Sofija.
10-ties metų berniukas Petras I buvo išsiųstas iš Maskvos į Preobraženskojė kaimą ir toliau negavo jokio formalaus mokslo. Petrui I bręstant, Sofijos santykiai su juo nuolat blogėjo ir priėjo prie atviro susikirtimo: Sofijos regentūra 1689 m. buvo nuversta, ji pati uždaryta į vienuolyną, o Petras I pats paėmė valdžią. Sofijos brolis Ivanas V ir toliau oficialiai kartu su Petru I tebesivadino caru, bet jokio vaidmens neturėjo. Ivanui V mirus 1696 m., Petras I tapo vienvaldis Rusijos caras. Petras I mirė 1725 m. nuo peršalimo bei nepagydomos chroniško prostatito ligos komplikacijų, formaliai nepaskyręs sosto įpėdinio. Rūmų gvardijos įtaka sostą gavo Petro I žmona Jekaterina I.
Valdymas ir politika
Iš pradžių Petras I valstybės reikalus paliko dėdės Levo Naryškino ir kitų motinos giminaičių rankose, o pats aistringai atsidavė karo pratimams, laivų statybai ir navigacijai. Artimiausi jo patarėjai pasidarė įvairūs svetimšaliai, su kuriais jis buvo susidraugavęs dar vaikystėje ir kurie jam įkvėpė susidomėjimą Vakarų Europos kultūra. Iš jų šveicarui Fr. J. Lefort’ui ir škotui P. Gordonui pavedė perorganizuoti Rusijos kariuomenę vakarietišku pavyzdžiu. Planuodamas įsteigti laivyną, kvietėsi iš Vakarų Europos specialistų ir siuntė į Nyderlandus, Angliją ir Veneciją rusų jaunuolius mokytis laivų statybos. Petro I gyvenimo būdas ir jo reformos sukėlė bajorų opoziciją, kuria pasinaudojo Sofijos šalininkai ir Petro I į šalį nustumti šauliai.
1697 m. užgniaužęs sąmokslą, Petras I, degdamas noru pats pažinti Vakarų Europos gyvenimą, išsirengė į kelionę po užsienį (ypač Nyderlandus ir Angliją). Buvo visur iškilmingai priimamas. Tačiau Petras I mažai tekreipė dėmesio į valdovų rūmų gyvenimą, o labiau domėjosi dirbtuvėmis, artilerija, tiltais, laboratorijomis ir t. t. Jam rūpėjo technika, ne dvasinė vakarietiškoji kultūra. Ypač jo dėmesio centre buvo laivų statyba ir karo mokslai. Jis pats dirbo net paprastu darbininku laivų statyklose Nyderlanduose ir Anglijoje.
Dar prieš Petrui I grįžtant į Maskvą, 1698 m. šaulių sukilimas buvo Gordono ir Romodanovskio užgniaužtas. Tačiau grįžęs Petras I ėmėsi nepaprastai žiaurių represijų prieš sukilėlius ir asmeniškai dalyvavo kankinimuose bei žudyme. Egzekucijos tęsėsi kelis mėnesius ir priminė Ivano IV Rūsčiojo žudynes. Ta proga šaulių pulkai buvo visai likviduoti; buvusi regentė Sofija priversta įstoti į vienuolyną.
Petras I karštai ėmėsi reformų, versdamas savo dvariškius rengtis ir gyventi vakarietiškai. Pasiėmęs žirkles, pats ėmė kirpti dvariškių barzdas. Įvykdė daug rimtų reformų. Jo administracinės reformos turėjo tikslą dar labiau sustiprinti autokratinę caro valdžią ir centralizuoti valdžios aparatą.
1707 m. – 1711 m. Rusija buvo padalyta į gubernijas, valdomas caro paskirtų gubernatorių. 1699 m. ir vėliau 1720 m. miestams suteikta ribota savivalda su burmistru ir miesto taryba (ratuša) priešakyje. Vietoje anksčiau buvusios Bajorų tarybos (dūma) 1711 m. įsteigtas Valdomasis senatas, kaip aukščiausia administracinė centro valdžios įstaiga, kurios narius skyrė pats caras. Vietoj seniau buvusių daugelio painių caro administracinių raštinių 1717 m. įsteigtos 12 administracinių kolegijų. Valstybės administracinis pertvarkymas užbaigtas 1721 m. Rusijos paskelbimu imperija. Dar 1713 m. sostinė iš Maskvos buvo perkelta į naujai įkurtą Sankt Peterburgą, kur pradėtos statyti 1703 m. prie Nevos upės įkurtos laivų statyklos.
Petro I administracinių reformų tiesioginis tikslas buvo surinkti kuo daugiau mokesčių ir padidinti valstybės iždo pajamas, kurios pirmiausia jam buvo reikalingos laivynui įkurti ir kariuomenei perorganizuoti, taip pat nuolatiniams karams finansuoti. Petras I sukūrė Rusijos nuolatinę reguliarią armiją, gerai organizuotą ir apginkluotą Vakarų Europos pavyzdžiu.
Petras Didysis mirė 1725 m. vasario 8 d. nepalikęs jokio konkretaus įpėdinio.
Petro I pasiekimai
Petro I viešpatavimo pabaigoje jo Baltijos laivynas jau turėjo apie 800 laivų. Savo reformomis Petras I pertvarkė mokesčių rinkimo sistemą ir įvedė daug naujų mokesčių, įsteigė įvairių prekių valstybės monopolį. Buvo imamas net specialus mokestis už leidimą auginti barzdas ir ūsus.
Petras I yra laikomas Rusijos pramonės tėvu. Petro I buvo įkurta apie 200 metalo, tekstilės, laivų statybos ir kt. dirbtuvių. Taip pat jis skatino prekybą, tiesė kelius, kasė kanalus. 1703 m. – 1709 m. iškastas Vyšnevolockij kanalas, sujungęs Volgos baseiną su Baltijos jūra. 1718 m. pradėtas kasti kanalas Ladogos ežerui aplenkti. Buvo bandyta kasti kanalą ir tarp Volgos bei Dono upių.
Petras I rūpinosi ir kultūriniu Rusijos gyvenimu ir jo pakėlimu. Jis įkūrė pirmąsias pasaulietines mokyklas Rusijoje, į kurias prievarta buvo siunčiami dvarininkų bei miestiečių sūnūs. 1701 m. Maskvoje atidaryta matematikos ir navigacijos mokykla, kiek vėliau artilerijos, inžinerijos ir chirurgijos mokyklos. 1715 m. Petrapilyje įsteigta jūrininkystės akademija ir vėliau inžinerijos mokykla.