В 1758 году императрица Елизавета заподозрила в заговоре канцлера Бестужева и командующего российской армией Апраксина в сговоре. Оба были взяты под стражу. Апраксин скоропостижно скончался после допросов, а Бестужев спасся только благодаря тому, что успел сжечь всю переписку с Екатериной II. Несмотря на эти меры, сам Петр III всячески увеличивал число собственных противников. После смерти матери и восшествия на престол, юный император стал продвигать мир с Пруссией, которая только что потерпела серьезное поражение от Российской Империи в Семилетней войне, и возврат всех отвоеванных у неё территорий. Планировал развязать войну с союзной Данией. Издал манифест о секуляризации церковного имущества и планировал изменение церковных обрядов.
В глазах подданных Петр III выглядел совершенно недальновидным политиком, мальчишкой, играющим в войну. В отличие от супруга, Екатерина была интеллигентна, обладала гибким и проницательным умом и пользовалась всё большей популярностью. Кроме того, сама Екатерина была настроена против супруга ввиду полного невнимания с его стороны, начавшегося практически сразу после их венчания. Последние годы их совместной жизни проходили при наличии любовников с обеих сторон. К тому же по указке Англии еще при правлении Елизаветы Екатерина II плела заговоры по свержению императрицы. Потому то и была переписка с Бестужевым. Таким образом, перед будущей императрицей стоял нехитрый выбор: переворот, бегство за границу или же весьма вероятное и не менее скоропостижное заключение.
Понимая слабые стороны своего супруга, урожденная София Фредерика Ангальт-Цербстская объединила вокруг себя предводителей военных частей. Три брата Орловых (от одного из которых она уже успела родить внебрачного сына Алексея Бобринского), измайловские офицеры Ласунский и Рославлевы, представители преображенского полка Чертков, Пассек и Бредихин. Кроме того, в высших чинах она так же заручилась поддержкой — канцлера Бестужева, Волконского, ставший впоследствии губернатором московским, а также гетман Запорожского Войска — Разумовский. Согласно мемуарам Е.Р. Дашковой, близко общавшейся с Екатериной на тот момент и посвященной в нюансы дворцовых интриг, предпринять попытку переворота было решено в момент, когда император Петр III отбудет вместе с верными ему войсками к берегам Дании.
9 июля 1762 года по Петербургу разнесся всполошивший всех слух — Екатерина II арестована. Гвардейские войска объяла смута, один из заговорщиков, капитан Пассек, был арестован по рапорту Измайлова, императору Петру III отправили срочное донесение. Опасаясь раскрытия и попыток предотвращения заговора, ранним утром Орловы вывозят Екатерину из Петергофа в Петербург. Петр III решивший отложить выступление против Дании и отпраздновать собственные именины, прибывает со свитой из Ораниенбаума в Петергоф и вместо должной ожидать его супруги обнаруживает пустой дворец и получает известие о том, что жена сбежала.
Прибывшая в Петербург Екатерина II встречена уже готовым к присяге измайловским полком. Её речь о посягательстве на жизнь сына и собственную воодушевленно встречена впоследствии и семеновским полком, и преображенским и конной гвардией. После недолгих колебаний генерала Вильбуа на сторону заговорщиков переходит артиллерия. К шествию в сторону Казанского собора присоединяются вельможи, в числе которых были Панин, Разумовский и Волконский. По прибытии в собор, архиепископ новгородский провозглашает Павла I наследником престола, а его мать Екатерину — всероссийской императрицей. Далее процессия направляется в Зимний дворец, для принятия присяги у Синода и Сената.
Не теряя инициативы, в Кронштадт отправляются войска для захвата крепости, подступы к Зимнему прикрывает артиллерия. Войскам в Пруссии, дипломатическим отделам и провинциальным администрациям отправляются сообщения о смене царствующей особы. Петр III же лишний раз подтверждает свою инфантильность и не способность принимать быстрые и эффективные решения — вместо быстрого перемещения в еще не занятый Кронштадт и последующего сопротивления силами армии, размещенной в Пруссии, он решает защищаться в Петергофе с помощью находящихся там солдат. В результате, когда уже бывший император, узнав о приближении Екатерины с гвардейскими частями, решает переместиться в Кронштадт — тот уже занят адмиралом Талызиным, примкнувшим к перевороту. Вернувшись в Ораниенбаум, Петр III под уговорами Измайлова подписывает отречение от престола в пользу Екатерины и под арестом отправляется в Ропшу.
