В тяжелое положение попал, несмотря на то, что был членом Императорского совета, канцлер М.И.Воронцов. Он боролся, но вяло и слабо. Потерял реальную власть И.И.Шувалов. На него стали доносить Петру III. Поэтому, уезжая в войско, император не оставлял Шувалова в столице, а брал его с собой о качестве волонтера. Нужна была личность, которая бы возглавила антипрусское движение в правительстве. По складу характера главой заговорщиков Шувалов быть не мог.

Недовольство правлением нового императора высказывали могущественные сословия — духовенство и войско.

Духовенство было раздражено тем, что у них по одному из указов Петра III отнимали монастырские вотчины, а по другому — призывали в армию сыновей священнослужителей. Войско роптало против создания голштинской армии. Даже Гольц признавался Фридриху II о явном «перегибе» Петра III в пользу немцев. Император видел и слышал возмущение старой русской гвардии.

Вельможи-старики, имевшие почетные места в гвардии, должны были шить себе новую форму по прусскому образцу.

Петр III постоянно устраивал пирушки и попойки.

Посланцы Фридриха II в России Гольц и Шверин вскоре заметили большое возмущение действиями Петра III со стороны высших чиновников и военных и дали об этом знать своему королю. Самыми опасными они считали И.И.Шувалова, А.П.Мельгунова и Д.В.Волкова.

В одном из писем Фридрих II напоминал Петру о еще жившем в Шлиссельбургской крепости Иоанне VI Антоновиче — бывшем русском императоре. Но Петр III знал, что Иоанн находится под надежной охраной, и предостережение не волновало его. Более того, император даже встретился 22 марта с узником (его привезли в столицу). После непродолжительной беседы Иоанн Антонович снова был упрятан в ту же крепость. Английский посланник в России Кейт так описал встречу двух императоров. «Император видел Иоанна и нашел его физически совершенно развитым, но с расстроенными умственными способностями. Речь его была бессвязна и дика. Он говорил между прочим, что он не тот, за кого его принимают, что государь Иоанн давно уже взят на небо...».

Поэтому идея произвести переворот во имя Иоанна — правнука царя Иоанна Алексеевича, против Петра III — внука Петра I могла возникнуть только у людей, далеко стоящих от трона и не имевших доступа в высшие сферы. Более реальным представлялся переворот в пользу Павла — сына Петра III и Екатерины, жены императора. Но Павел Петрович был еще ребенком. Поэтому все взоры устремились на Екатерину Алексеевну. Она была известна своим блестящим умом, противником нововведений мужа, внимательным обращением с русскими людьми. К тому же Фридрих II был недоволен антипрусской ориентацией Екатерины, и об этом приближенные к престолу знали.

Вскоре отношения Петра III и его жены Екатерины предельно обострились. Петр не только на парадном обеде публично оскорбил жену, но более того, приказал ее арестовать. Дело до ареста не дошло, так как влиятельным лицам удалось отговорить Петра от такого поступка. Однако этот случай заставил Екатерину искать защиты среди русских вельмож и военных. В их числе оказался популярный среди гвардейцев офицер Григорий Орлов.

Орлов был воспитанником Сухопутного кадетского корпуса, участвовал в Семилетней войне и выделялся из толпы товарищей красотой, силой, молодцеватостью, общительностью. В то время Григорию было 27 лет. Кроме Орлова и его братьев, по свидетельству записок Екатерины, в конной гвардии приметны были также 22-летний офицер Федор Хитрово и 17-летний унтер-офицер Григорий Потемкин. Гвардейские офицеры и приступили к подготовке дворцового переворота.

В конце июня, по утверждению Екатерины, в гвардии насчитывалось до 40 офицеров и около 10 тысяч рядовых, которые готовы были защищать ее интересы. Что примечательно: в этом составе заговорщиков не оказалось ни одного изменника. Участники заговора разделились на четыре группы. Всю организаторскую работу взяли на себя братья Орловы — Григорий, Алексей и Федор (помимо них были еще Иван и Владимир). Ждали отъезда Петра к армии, которая стояла за границей, или другого благоприятного момента. И такой случай представился.

29 июня Петр должен был выехать из Петергофа в Ораниенбаум отмечать с приближенными день своих именин, но 27 июня началось брожение в гвардии, вызванное слухами о якобы свершившейся расправе Петра со своей супругой. Арестовали капитан-поручика лейб-гвардии Преображенского полка Петра Пассека, одного из соучастников заговора. Весь Преображенский полк пришел в движение. Решено было отправить Алексея Орлова в Петергоф к императрице и привезти ее в столицу, а Григорий Орлов должен был приготовиться к ее приему. Гетман Украины Кирилл Разумовский, князь Михаил Волконский и граф Никита Панин знали об этом решении, отмечает в своих записках Екатерина.

Екатерина занимала в Петергофе павильон Монплезир. В 6 часов утра 28 июня она была разбужена Алексеем Орловым, который вошел в ее комнату и сказал совершенно спокойным голосом: «Пора вставать. Все готово для Вашего провозглашения». Екатерина быстро оделась и с Орловым выехала в столицу. С ними был офицер Василий Бибиков. За 5 верст до Санкт-Петербурга их встретили Григорий Орлов и князь Федор Барятинский. Сменили экипаж. Екатерина и спутники приехали прямо к казармам Измайловского полка. Солдаты присягнули ей. Под руки привели священника. Все отправились в Семеновский полк. Там встретили Екатерину с криками «Ура!». В сопровождении измайловцев и семеновцев Екатерина поехала в Казанский собор, где была встречена архиепископом Димитрием. Начался молебен. Екатерину Алексеевну провозгласили самодержавной императрицей, а ее сына, великого князя Павла Петровича, наследником престола. Из Казанского собора Екатерина отправилась во вновь отстроенный Зимний дворец. Там уже собрались члены Сената и Синода. Наскоро составили манифест и форму присяги.

Императрица вышла из дворца и пешком обошла 14-тысячное войско, которое приветствовало новую императрицу. Но у Екатерины вызывали тревогу флот и войска за рубежом. В Кронштадт с поручением от Екатерины отправился адмирал Иван Лукьянович Талызин. В заграничную армию был послан указ генерал-поручику Петру Ивановичу Панину, находившемуся в Кенигсберге, чтобы он сменил в должности главнокомандующего Померанским корпусом Петра Александровича Румянцева, которого подозревали в приверженности Петру III.

Но император Петр III, будучи еще жив и здоров, представлял большую силу. Понимая это, Екатерина около 10 часов вечера 28 июня верхом, в гвардейском мундире Преображенского полка, в шляпе, украшенной дубовыми листьями, из-под которой были видны длинные красивые волосы, выступила с войском из Санкт-Петербурга. Рядом с императрицей ехала Е.Р.Дашкова. (К 19-летней Екатерине Романовне Дашковой впоследствии у Екатерины было двойственное отношение. С одной стороны, она не признавала ее заслуг в перевороте, с другой — утверждала в записках, будто ее отличала и награждала сама Дашкова, все нити заговора шли якобы через нее.)

В то время как Екатерина провозглашалась в Казанском соборе императрицей, Петр в Ораниенбауме производил обычный смотр голштинских войск. После 10 часов утра 28 июня со свитой он отправился в Петергоф. Генерал-адъютант Андрей Гудович поехал вперед, но быстро возвратился и рассказал императору, что его жены Екатерины Алексеевны не нашли. Петр вспылил. Пришли в комнату Екатерины и там обнаружили только ее бальное платье. Гости бросились в сад искать жену императора, но и там ее не оказалось. Тут один крестьянин передал императору записку от Брессона (хозяина мануфактуры), в которой извещалось о петербургском перевороте. Воронцов, Трубецкой и Шувалов были отправлены в Санкт-Петербург за подробными известиями, но их там быстро привели к присяге. В 3 часа этого же дня к Петру III приехал из столицы один из голштинцев и все рассказал.

Петр III послал в Кронштадт своего адъютанта Девьера. В то время как в столице по поручению Екатерины Григорий Теплов писал рескрипты и указы, в Петергофе конференц-секретарь Дмитрий Волков делал то же самое.