Наконец, после двух неудачных беременностей, 20 сентября (1 октября) 1754 года Екатерина родила сына Павла. Роды были тяжелыми, младенца сразу же отобрали у матери по воле царствовавшей императрицы Елизаветы Петровны, лишив Екатерину возможности воспитывать сына и позволяя только изредка видеть Павла.
Великая княгиня впервые увидела сына лишь через 40 дней после родов. Ряд источников утверждает, что истинным отцом Павла был любовник Екатерины С. В. Салтыков (прямого утверждения об этом в «Записках» Екатерины II нет, но они нередко так интерпретируются). Другие – что такие слухи лишены оснований и что Петру была сделана операция, устранившая дефект, делавший невозможным само проведение полового акта и, соответственно, зачатие. Вопрос отцовства волновал и общество. После рождения Павла отношения Екатерины с Петром и Елизаветой Петровной окончательно испортились. Петр звал свою супругу «запасной мадам» и открыто заводил любовниц, впрочем, не препятствуя делать это и Екатерине. В 1758 году Екатерина родила дочь Анну, что вызвало сильное недовольство Петра, произнесшего при известии о новой беременности: «Бог знает почему моя жена опять забеременела! Я совсем не уверен, от меня ли этот ребенок и должен ли я его принимать на свой счет». В общем, отношения между царственной четой даже словом «натянутые» уже нельзя описать. Было ясно, что вдвоем они на троне не уживутся… Начиная с 1756 года и особенно в период болезни Елизаветы Петровны Екатерина вынашивала план устранения будущего императора, и сторонников у нее, а значит, и помощников в осуществлении этого плана было в достатке.
Смерть Елизаветы Петровны (25 декабря 1761 года (5 января 1762)) и восшествие на престол Петра Федоровича под именем Петра III еще больше отдалили супругов. Петр стал открыто жить с любовницей Елизаветой Воронцовой, поселив жену в другом конце Зимнего дворца.
Когда Екатерина забеременела от Орлова, это уже нельзя было объяснить случайным зачатием от мужа, так как интимное общение супругов прекратилось к тому времени совершенно. Разумеется, в эпоху корсетов и пышных фижм скрывать нежелательную беременность было несколько проще, чем сейчас. Поэтому пикантное положение, именуемое в ту пору «на сносях», оставалось для большинства любопытных приближенных незамеченным. Но вот как быть с родами? Русской императрице не пристало покидать покои дворца без ведома мужа, а утаить факт деторождения от проживавшего в этом же дворце императора Петра III было почти невозможно. На помощь Екатерине пришел верный человек: когда начались схватки, он просто-напросто поджег свой дом. На пожар в доме значительного придворного лица императору следовало явиться по этикету, к тому же он был большой охотник до зрелищ подобного рода. Словом, пока супруг глазел на суету пожарных и отблески пламени в ночи, Ее Императорское Величество благополучно родила. Так появился на свет Алексей Бобринский, которому его брат Павел I впоследствии присвоил графский титул.
Осуществить переворот сразу же после кончины императрицы принцесса не считала возможным, к тому же она была на истечении пятого месяца беременности. Вдобавок Екатерина имела политические резоны не торопить события – она желала привлечь на свою сторону как можно больше сторонников, справедливо полагая, что Петр достаточно скоро настроит против себя все столичное общество.
Вступив на трон, Петр III очень скоро осуществил ряд действий, вызвавших отрицательное отношение к нему как офицерского корпуса, так и простого народа. Так, он заключил невыгодный для России договор с Пруссией, хотя Россия как раз одержала ряд побед над ней в ходе Семилетней войны, и вернул ей захваченные русскими земли. Одновременно он намеревался в союзе с Пруссией выступить против Дании (союзницы России), чтобы вернуть отнятый ею у Голштейна Шлезвиг, причем сам хотел выступить в поход во главе гвардии. Петр объявил об отмене монастырского землевладения и делился с окружающими планами реформы церковных обрядов. В его политике все решения, казалось, принимались «от балды». Сторонники переворота обвиняли Петра III также в невежестве, нелюбви к России и полной неспособности к правлению.