Страсть к иноземным диковинам привела Петра ко вторичной выучке, незнакомой прежним царевичам. По рассказу самого Петра, в 1687 г. князь Я. Ф. Долгорукий, отправляясь послом во Францию, в разговоре с царевичем сказал, что у него был инструмент, которым «можно брать дистанции или расстояния, не доходя до того места», да жаль — украли. Петр просил князя купить ему этот инструмент во Франции, и в следующем году Долгорукий привез ему астролябию. Не зная, что с ней делать, Петр прежде всего обратился, разумеется, ко всеведущему немцу «дохтуру». Тот сказал, что и сам не знает, но сыщет знающего человека. Петр с «великою охотою» велел найти такого человека, и доктор скоро привез голландца Тиммермана. Под его руководством Петр «гораздо с охотою» принялся учиться арифметике, геометрии, артиллерии и фортификации. До нас дошли учебные тетради Петра с задачами, им решенными, и объяснениями, написанными его же рукой. Из этих тетрадей прежде всего видим, как плохо обучен был Петр грамоте: он пишет невозможно, не соблюдает правил тогдашнего правописания, с трудом выводит буквы, не умеет разделять слов, пишет слова по выговору, между двумя согласными то и дело подозревает твердый знак: всегьда, сьтьрелять, вьзяфь. Он плохо вслушивается в непонятные ему математические термины: сложение (additio) он пишет то адицое, то водицыя. И сам учитель был не бойкий математик; в тетрадях встречаем задачи, им самим решенные, и в задачах на умножение он не раз делает ошибки. Но те же тетради дают видеть степень охоты, с какой Петр принялся за математику и военные науки. Он быстро прошел арифметику, геометрию, артиллерию и фортификацию, овладел астролябией, изучил строение крепостей, умел вычислять полет пушечного ядра. С этим Тиммерманом, осматривая в селе Измайлове амбары деда Никиты Ивановича Романова, Петр нашел завалявшийся английский бот, который, по рассказу самого Петра, послужил родоначальником русского флота, пробудил в нем страсть к мореплаванию, повел к постройке флотилии на Переяславском озере, а потом под Архангельском. Но у прославленного «дедушки русского флота» были безвестные боковые родичи, о которых Петр не счел нужным упомянуть. Еще в 1687 г., за год или больше до находки бота, Петр таскал из Оружейной казны «корабли малые», вероятно, старые отцовские модели кораблей, оставшиеся от постройки «Орла» на Оке; даже еще раньше, в 1686 г., по дворцовым записям, в селе Преображенском строились потешные суда. Вспомним, что правительство царя Алексея много хлопотало о заведении флота; для Петра это дело было наследственным преданием.

Изложенные черты детства и юности Петра дают возможность восстановить ранние моменты его духовного роста. До десяти лет он проходит совершенно древнерусскую выучку мастерству церковной грамоты. Но эта выучка шла среди толков и явлений совсем не древнерусского характера. С десяти лет кровавые события, раздражающие впечатления вытолкнули Петра из Кремля, сбили его с привычной колеи древнерусской жизни, связали для него старый житейский порядок с самыми горькими воспоминаниями и дурными чувствами, рано оставили его одного с военными игрушками и зотовскими кунштами. Во что он играл в кремлевской своей детской, это теперь он разыгрывал на дворах и в рощах села Преображенского уже не с заморскими куклами, а с живыми людьми и с настоящими пушками, без плана и руководства, окруженный своими спальниками и конюхами. И так продолжалось до 17-летнего возраста. Он оторвался от понятий, лучше сказать, от привычек и преданий кремлевского дворца, которые составляли политическое миросозерцание старорусского царя, его государственную науку, а новых на их место не являлось, взять их было негде и выработать было не из чего. Обучение, начатое с зотовской указкой и рано прерванное по обстоятельствам, потом возобновилось, но уже под другим руководством и в ином направлении. Старшие братья Петра переходили от подьячих, обучавших их церковной грамоте, к воспитателю, который кое-как все же знакомил воспитанников с политическими и нравственными понятиями, шедшими далее обычного московского кругозора, говорил о гражданстве, о правлении, о государе и его обязанностях к подданным. Петру не досталось такого учителя: место Симеона Полоцкого или Ртищева для него заступил голландский мастер со своими математическими и военными науками, с выучкой столь же мастеровой, технической, как зотовская, только с другим содержанием. Прежде, при Зотове, была занята преимущественно память; теперь вовлечены были в занятия еще глаз, сноровка, сообразительность; разум, сердце оставались праздными по-прежнему. Понятия и наклонности Петра получили крайне одностороннее направление. Вся политическая мысль его была поглощена борьбой с сестрой и Милославскими; все гражданское настроение его сложилось из ненавистей и антипатий к духовенству, боярству, стрельцам, раскольникам; солдаты, пушки, фортеции, корабли заняли в его уме место людей, политических учреждений, народных нужд, гражданских отношений. Необходимая для каждого мыслящего человека область понятий об обществе и общественных обязанностях, гражданская этика, долго, очень долго оставалась заброшенным углом в духовном хозяйстве Петра. Он перестал думать об обществе раньше, нежели успел сообразить, чем мог быть для него.

Между тем царевна Софья со своим новым «голантом» Шакловитым построила было новый стрелецкий умысел против брата и мачехи. В августе 1689 г. за полночь, внезапно разбуженный, Петр ускакал в лес и оттуда к Троице, бросив мать и беременную жену. Это был с ним едва ли не единственный случай крайнего испуга, показавший, каких ужасов привык он ожидать со стороны сестры. Замысел не удался. Троевластное правление, которому насмешливо удивлялись за границей, но которым все были довольны дома, кроме села Преображенского, кончилось: «третье зазорное лицо», как называл Петр Софью в письме к брату Ивану, заперли в монастырь. Царь Иван остался выходным, церемониальным царем; Петр продолжал свои потехи. Власть перешла от падчерицы к мачехе. Но царица Наталья, по отзыву князя Куракина, «была править некапабель, ума малого». Дела правления распределились между ее присными. Лучший из них, князь Б. А. Голицын, ловко проведший последнюю кампанию против царевны, был человек умный и образованный, говорил по-латыни, но «пил непрестанно» и, правя Казанским Дворцом почти неограниченно, разорил Поволжье. О двух других временщиках, брате царицы Льве Нарышкине и свойственнике обоих царей по бабушке Тихоне Стрешневе, тот же современник говорит, что первый был человек очень недалекий и пьяный, взбалмошный, делавший добро «без резону, по бизарии своего гумору», а второй — тоже человек недалекий, но лукавый и злой, «интригант дворовый». Эти люди и повели «правление весьма непорядочное», с обидами и судейскими неправдами; началось «мздоимство великое и кража государственная». Они вертели Боярской думой; бояре первых домов остались «без всякого повоира и в консилии или палате токмо были спектакулями». Родовитый князь Куракин возмущен этим падением первых фамилий, особенно княжеских, их унижением перед какими-то Нарышкиными, Стрешневыми, «господами самого низкого и убогого шляхетства», а брак Петра привел ко двору более чем три десятка Лопухиных обоего пола, встреченных здесь дружной ненавистью, главы которых, приказные доки, были «люди злые, скупые ябедники, умов самых низких». Правящей среде вполне под стать было московское общество, служилое и приказное, проявлявшее себя рядом скандалов. В записках окольничего Желябужского, близкого наблюдателя и участника московских дел в те годы, длинной вереницей проходят бояре, дворяне, дьяки думные и простые, судившиеся, пытанные и разнообразно наказанные разжалованием, кнутом, батогами, ссылкой, конфискацией, лишением жизни за разные преступления и проступки, за брань во дворце, за «неистовые слова» про государя, за женоубийство, оскорбление девичьей чести, за подделку документов, за кражу казенных золотых с участием жены министра Т. Стрешнева; а князь Лобанов-Ростовский, владевший несколькими сотнями крестьянских дворов, разбоем отбил царскую казну на троицкой дороге, за то был бит кнутом и, однако, лет через 6 в Кожуховском походе шел капитаном Преображенского полка. В этом придворном обществе напрасно искать деления на партии старую и новую, консервативную и прогрессивную: боролись дикие инстинкты и нравы, а не идеи и направления.