Восставшие с разных сторон хлынули в город, опрокидывая, преследуя, забирая в плен тех, кто не успел укрыться в крепости. Несмотря на то, что повстанцы были плохо вооружены, они сумели быстро овладеть Казанью. Это была их самая значительная победа за весь период Крестьянской войны 1773–1775 гг., и одержана она была потому, что пугачевцы использовали наступательную тактику, проявили находчивость и военную смекалку.

Важным фактором, повлиявшим на темпы овладения повстанцами Казанью, было то, что городские низы оказали им большую поддержку. Как только первое укрепление Казани оказалось в руках повстанцев, дворовые, ремесленники, мастеровые, с нетерпением ожидавшие прихода Пугачева, присоединились к восставшим. В церкви Покрова пресвятой богородицы был отслужен молебен о победе «государя». Полностью овладев городом, казанцы вместе с армией Пугачева начали расправляться с администрацией и знатью. На сторону пугачевцев перешла часть солдат, татары и чуваши.

Но крепость взять не удалось. В Казанском кремле укрылись войска, чиновники, помещики, духовенство, купцы. Город горел. Огонь приближался к кремлю. Загорелись и деревянные дома крепости. Пугачев и Минеев били из пушек, установленных в Гостином дворе и Покровском монастыре, по крепости перекрестным огнем. Положение укрывшихся в крепости, казалось, было безнадежным. Вот-вот должен был пасть и этот опорный пункт правительства в Казанском крае. Но в разгар боя за овладение крепостью Пугачев получил сообщение о приближении к городу отряда правительственных войск под командованием подполковника Михельсона.

Штурм крепости был отложен. По приказу Пугачева восставшие вышли из города через Арское поле, остановились в 7 верстах от Казани, у села Царицына, и стали готовиться к бою. Разыгралось кровопролитное пятичасовое сражение. Упорство и отвага восставших вначале поколебали ряды карателей, но в конечном итоге хорошо вооруженные царские войска, имевшие большой военный опыт, взяли верх. Потеряй 800 человек убитыми и 373 пленными, Пугачев отошел на реку Казанку и стал на поле в 20 верстах от Казани. Пополнив свое войско окрестными крестьянами и доведя его численность до 25 тыс. человек, 15 июля Пугачев вновь двинулся на Казань, по словам Михельсона, «с таким отчаянием, коего только в лутчих войсках найти надеялся». Но на Арском поле восставшие снова потерпели неудачу. Несмотря на численное превосходство пугачевцев, силы были неравны. Правительственные войска были хорошо вооружены и имели опытных военачальников. В армии Пугачева только часть заводских крестьян, казаков и башкир имела ружья, а большинство были вооружены пиками, саблями и дубинами. Кроме того, у восставших не было воинской дисциплины, так как их армия росла так быстро, что Пугачев не имел времени заняться обучением крестьян.

Потери восставших были очень велики и составляли убитыми и пленными свыше 7 тыс. человек. В плен попали Иван Белобородов и Федор Минеев. Пугачевцы потеряли пушки, зарядные ящики, знамена.

Во время боевых действий в Казани на одной из улиц города среди выпущенных из тюрьмы колодников Пугачев встретил свою семью: жену Софью и детей — Трофима, Аграфену и Христину. Трофим крикнул: «Матушка! Смотри, батюшка ездит!». Пугачев приказал посадить их на телегу и сказал, что это семья его друга казака Пугачева, замученного за него в тюрьме.

После поражения под Казанью Пугачев двинулся по Волге.

18 июля у села Сундаря на Кокшайском перевозе остатки Главной армии переправились через Волгу. Трудно сказать, сколько повстанцев осталось в ее рядах. Сам Пугачев говорил на следствии разное. Вначале он утверждал, что когда перешел Волгу, то у него насчитывалось «людей сот пять», а позднее показывал, что «собралось на первый стан человек до тысячи конных». Большинство пугачевцев показывали, что через Волгу переправились «верхи на лошадях» только 300–400 человек.

Отряд Пугачева состоял в основном из яицких, илецких и прочих казаков. Уже меньше было в Главной армии уральских горнозаводских рабочих, почти не осталось башкирской конницы.

Повстанческая армия пополнялась за счет вооруженных топорами или дубинами, рогатинами или косами русских, татарских, чувашских и мордовских крестьян. Начался третий этап Крестьянской войны.

На всех этапах восстания крестьянство являлось главной его движущей силой. Но первоначальные действия Главной армии, возглавленной Пугачевым, развертывались на окраинах Российской империи в землях казаков, башкир и мещеряков, удмуртов и татар, работных людей, приписанных к заводам, купленных и прочих заводских крестьян. На третьем этапе Крестьянской войны Главная армия Пугачева вошла в земледельческий край, край настоящих «дворянских гнезд» и нищих деревень. И основную массу повстанцев на Правобережье Волги составлял не работный люд из крестьян, как это было на первом и втором этапах Крестьянской войны, а помещичьи крестьяне, крестьяне-земледельцы, крестьяне-пахари. Это усилило в Пугачевском восстании черты, типичные для крестьянских войн: стихийность, неорганизованность, локальность.

Потеряв заводы Урала и Башкирию, теперь еще в большей степени Пугачев рассчитывал на «чернь бедную», в первую очередь на крестьян. Хотя это все был «люд нерегулярный», незнакомый с военным делом и плохо вооруженный, но только он мог теперь «подправить крылья сизому орлу». А для этого надо было призвать к вооруженной борьбе, к восстанию всех находившихся «прежде в крестьянстве и в подданстве помещиков», т. е. крепостных крестьян, составлявших основную массу населения Правобережной Волги. На смену полкам Главной армии с их более или менее четкой структурой все чаще и чаще приходили отряды бесчисленных «пугачей». Это дало повод некоторым исследователям Крестьянской войны говорить о третьем ее периоде как о «пугачевщине без Пугачева». Но это неверно. Оставались и Главное войско, и возглавлявший его Пугачев, и повстанческая Военная коллегия.

Установить какой-то порядок в повстанческой армии было трудно не только из-за разрозненности и разобщенности крестьян, но и потому, что, преследуемый по пятам регулярными войсками, Пугачев совершал большие и стремительные переходы и ему просто не хватало времени на проведение каких-либо мероприятий, направленных на обучение войска и приведение его в порядок. Вскоре, начиная от Алатыря, он вынужден был отказывать в приеме всем пешим крестьянам.

Из-под Казани вместе с Пугачевым на правый берег Волги ушли верные его сподвижники А. Овчинников, А. Перфильев, Кинзя Арсланов, секретарь Алексей Дубровский, повытчик Герасим Степанов и др. Переправив свое войско через Волгу, Пугачев двинулся на запад, на Цивильск. После поражения под Казанью казаки говорили Пугачеву, что «время идти в Москву и принять престол!». Пугачев отвечал: «Нет, детушки, нельзя! Потерпите! А когда будет, так и я сам без вашего зову пойду. Но я-де теперь намерен идти на Дон, — меня там некоторые знают и примут с радостью».

Почему же Пугачев, заявлявший, что, «взяв Оренбург, пойдет на Москву, примет там престол», и подтвердивший свое намерение после взятия Казани «пойти на Москву и там воцариться и овладеть всем Российским государством», теперь, выйдя на дорогу к Москве, от которой его отделяло 650 верст, путь, ненамного больший, чем от Красноуфимска до Казани, не пошел на Москву?

Сказался нараставший натиск правительственных войск; войско восставших состояло из «люда нерегулярного», плохо вооруженного, над которым нависла угроза голода после неурожайного года. Пугачев знал, что сила его заключается в поддержке народа, прежде всего крестьянства, но считал, что без помощи казаков, хорошо вооруженных, знавших военное дело и привыкших к войнам, ему не обойтись. И Пугачев двинулся на юг, на Дон.

Вести о боях под Казанью дошли до Москвы. Дворянство и купечество, чиновники и духовенство, давно уже с тревогой следившие за действиями восставших, замерли в ужасе.