Историки отмечают, что встреча 5 февраля 1742 года царственной тетки с племянником была очень трогательной. Елизавета могла теперь ежедневно видеть рядом с собой сына сестры и единственного представителя петровской линии. Императрица возвела его по традиции в звание подполковника Преображенского полка, одновременно пожаловала наследнику орден Святого апостола Андрея Первозванного, а также подарила ему дворец в Ораниенбауме и несколько богатых поместий в России. Елизавету Петровну огорчал болезненный, хилый вид прибывшего принца, особенно ее поразило то обстоятельство, что мальчик до сих пор серьезно ничему не учился. Поэтому она сразу же поручила своим посланникам при европейских дворах доставить ей несколько новейших планов воспитания царственных наследников.
Принявший православие четырнадцатилетний принц Карл-Петр-Ульрих стал великим князем Петром Федоровичем и 15 ноября 1742 года был торжественно объявлен наследником российского престола. До этого дня племянник Елизаветы Петровны являлся также претендентом на шведский престол — по родственным связям и договорам своего отца. Так случилось, что к моменту принятия православия племянником русской императрицы и официального объявления его преемником Елизаветы Петровны умер шведский король. В Петербург прибыли посланцы с предложением Петру принять шведскую корону, но они опоздали.
Учеба юного племянника российской императрицы проводилась по программе, составленной академиком Я. Штелиным. Он сам занимался по ней с наследником. Особое внимание в этой программе уделялось изучению русского и французского языков, хотя именно по ним занятия проходили с большими затруднениями. Прежде всего, великим князем плохо усваивался русский язык, несмотря на все усилия преподавателя Исаака Веселовского.
Кроме языков и закона Божия наследник изучал географию, ему читали историю соседних государств, два раза в неделю он повторял хронологию и знакомился с положением государственных дел. Документы свидетельствуют, что фортификация и основы артиллерии с обозрением существующих европейских укреплений являлись любимейшими предметами великого князя. Не случайно Елизавета Петровна преподнесла ему весьма необычный подарок. Для Петра по ее указу был сделан фортификационный кабинет, в котором в двадцати четырех ящиках находились все виды укреплений, начиная с древнеримских и завершая новейшими. Для ознакомления с укреплениями Российского государства наследнику выдавали большую секретную книгу, в которой были изображены все крепости империи: от Риги до китайской границы, с подробным описанием каждой. При ознакомлении с содержанием этой книги академик давал ему пояснения по истории и географии.
В деле воспитания и обучения наследника российского престола для Штелина главным препятствием являлась сама придворная жизнь: по желанию тетки-самодержицы Петр должен был присутствовать на всех торжествах, балах, маскарадах, приемах. Танцмейстеру Лауде пришлось приложить немало усилий для того, чтобы обучить юного князя каким-нибудь танцам, в которых мастерицей была Елизавета. Ее племянник не походил на светского кавалера, ибо дворцовым балам предпочитал церемониальные марши.
Чтение книг, занятия наукой также не привлекали малоразвитого Петра, ибо всему он предпочитал военные игры. Разумеется, это не означало, что в нем таились способности будущего полководца. Когда преподавались история, нравственность, статистика и государственные дела, наследник был невнимательным, рассеянным и капризным.
Елизавета Петровна между тем занялась поисками невесты для племянника и свой выбор остановила на дочери принца Ангальт-Цербстского Софии-Августе-Фредерике.
21 апреля 1729 года в немецком городе Штетине у командира прусского пехотного полка, принца Ангальт-Цербстского Христиана-Августа и его супруги принцессы Гольштейн-Готторпской Иоганны-Елизаветы родилась дочь, нареченная по лютеранскому обычаю тройным именем София-Августа-Фредерика. В свое время это событие не привлекло внимания, и никому в голову не могла прийти мысль, что новорожденной дочке бедного немецкого принца суждено через несколько лет вступить в родство с династией Романовых, стать у кормила управления Россией и приобрести в истории громкое имя.
Детство Софии-Августы-Фредерики было ничем не примечательно, и будущность, по-видимому, не сулила ей ничего значительного. Мать не обращала особого внимания на воспитание дочери, с ней занималась, главным образом, гувернантка-француженка Кардель. К занятиям София относилась прилежно, вникала в смысл бесед воспитателей, но при этом всегда стремилась делать из приобретенных знаний самостоятельные выводы.