1762年4月，葉卡捷琳娜生下一個(gè)男孩，孩子的父親是奧爾洛夫。孩子降生后幾個(gè)月后，彼得方才聞?dòng)?，馬上大發(fā)雷霆，下令將葉卡捷琳娜逮捕。但彼得的副官猶豫不決，最后眾人一起勸說，彼得臨時(shí)改變了逮捕葉卡捷琳娜的命令。此后在慶祝同普魯士簽訂和約的國宴上，彼得面對諸多國內(nèi)外來賓，口出粗話，公開侮辱了葉卡捷琳娜。二人的關(guān)系勢同水火。與此同時(shí)，奧爾洛夫兄弟加緊了在近衛(wèi)軍中的串聯(lián)活動(dòng)，暗中形成了一個(gè)數(shù)百人的軍官集團(tuán)，準(zhǔn)備策動(dòng)政變，推翻彼得三世，支持葉卡捷琳娜登上皇位。

1762年6月底，形勢一時(shí)萬分危急，一名參與策劃政變的近衛(wèi)軍軍官被捕，政變陰謀暴露。6月28日，葉卡捷琳娜和奧爾洛夫兄弟在得到了伊麗莎白女皇在世時(shí)的寵臣拉祖莫夫斯基、沃爾康斯基公爵和帝師潘寧的支持后，提前發(fā)動(dòng)政變，推翻了彼得三世，登基稱帝，成為俄羅斯帝國的第八位皇帝，也是帝國有史以來的第四位女皇。

葉卡捷琳娜接手時(shí)的俄羅斯雖不是千瘡百孔，但也危機(jī)四伏。她在日記中寫道：“國庫空虛，軍中已三月無餉。商貿(mào)日益凋敝，多有囤積壟斷之現(xiàn)象。國政松弛，軍機(jī)各部亦有欠款之舉，海政疲憊，幾近崩潰。******悉稱，律令之行惟強(qiáng)者是瞻?！辫b于這種情況，葉卡捷琳娜二世提出了一系列施政目標(biāo)，旨在強(qiáng)調(diào)恢復(fù)國家行政秩序，強(qiáng)化國家機(jī)器，促進(jìn)商貿(mào)繁榮，增加國庫收入等等。更重要的是，在施政目標(biāo)中，葉卡捷琳娜提出了一個(gè)新觀點(diǎn)：如果俄羅斯想要獲得自身民眾和周圍鄰國的尊重，俄羅斯就必須成為一個(gè)令人生畏的強(qiáng)權(quán)國家。

在政變活動(dòng)中，有一名叫波將金的年輕騎兵軍官表現(xiàn)較為積極突出，受到了葉卡捷琳娜的注意。政變成功后，葉卡捷琳娜重賞所有參與政變的人員，在請功表上，親手把原來擬定給波將金授予的騎兵少尉軍銜改為上尉。從此葉卡捷琳娜對波將金給予了非同尋常的關(guān)注。

波將金一直在前線帶兵作戰(zhàn)，直到12年后的1774年，波將金接到了葉卡捷琳娜的親筆信，召喚他回圣彼得堡。波將金想都沒有想，立刻打了報(bào)告，離開駐地，動(dòng)身回圣彼得堡覲見葉卡捷琳娜。此后波將金成為葉卡捷琳娜的最著名，也是權(quán)勢最大的情人。波將金幾乎就成了葉卡捷琳娜的左右手，所有軍國大政，幾乎全部出自葉卡捷琳娜和波將金二人之手。直至逝世，波將金一直是俄羅斯帝國的二號人物，而他對葉卡捷琳娜也始終一往情深，摯愛如初。