5 февраля 1742 года счастливая императрица обняла племянника. Народ собирался толпами, чтобы увидеть 14-летнего внука Петра Великого. В придворной церкви отслужили благодарственный молебен по случаю благополучного прибытия герцога. Но приезд — это полдела. Лютеранин не может стать наследником престола Российской империи. Необходимо поменять вероисповедание, а до тех пор Карл-Петр-Ульрих величается его королевским высочеством, владетельным герцогом Голштинским. К принцу приставили духовного наставника иеромонаха Тодоровского, который обучал его русскому языку и Закону Божьему. Елизавета Петровна торопится — и через девять месяцев с большим торжеством совершился переход в православие. С этого момента в России появился наследник престола — великий князь Петр Федорович.
Сразу по приезде герцога в Россию начались заботы о его воспитании и образовании. Елизавета Петровна поручила русским посланникам при иностранных Дворах прислать различные проекты образования, а российским ученым составить программы. Наставником назначается трудолюбивый и эрудированный профессор Штелин, который начал с того, что в присутствии государыни проэкзаменовал Петра по всем предметам. Елизавета Петровна была поражена невежеством племянника. Она вознамерилась дать ему тщательное образование, но во многом сама этому и препятствовала. Еженедельно проходило несколько увеселений, в которых Петр должен был непременно участвовать. Занятия наследника прерывались, как только в классе появлялся французский танцмейстер Лоде, который мучил его четыре раза в неделю. Кроме того, у наследника было и другое развлечение: игры с оловянными солдатами. В табельный день Петр собирал всю дворню, надевал нарядный генеральский мундир и производил парадный смотр своим игрушечным войскам.
Но не одни развлечения мешали систематическому обучению. Серьезным препятствием явилось здоровье. Болел Петр часто и подолгу, несколько раз был близок к смерти.
Наконец Штелину удалось наладить занятия наследника. Петр не был приучен к усидчивому труду и не имел склонности к самостоятельным занятиям, поэтому профессор, чтобы не отбить охоту к учению, поначалу приспосабливался к великому князю. Он читал с ним иллюстрированные книги (с изображением крепостей, осадных и инженерных орудий); древнюю историю объяснял по старинным русским монетам, а новейшую — по медалям Петра I; рассматривал с ним планы его комнат, дворца и других зданий, объясняя основы архитектуры. Постепенно занятия становились серьезнее. Изучали историю и географию России и соседних государств, подробно разъяснялись текущие государственные дела. В свободные вечера Штелин читал наследнику сочинения из библиотеки Академии наук, объяснял ему устройства различных инструментов и моделей из Кунсткамеры. Любимыми предметами Петра были математика, физика, фортификация и основы артиллерийского дела. Наставник оборудовал фортификационный кабинет, в котором в двадцати четырех ящиках находились все роды и способы укреплений, начиная с древних римских до современных. Летом практические занятия велись на поле, где происходило знакомство с инженерными работами, устройствами укреплений, редутов и траншей.
Вскоре великий князь твердо знал основы русской истории, всех государей от Рюрика до Петра I. Императрица однажды до слез расстроилась, когда в беседе племянник поправил ошибку фельдмаршала Долгорукого и полицеймейстера Девиера касательно древней русской истории.
Великий князь выписал из Киля библиотеку отца и купил за 1000 рублей инженерную и военную библиотеку Меллинга. Из каждого каталога выбирал и заказывал множество книг. В результате библиотека его заняла четыре большие комнаты в новом Зимнем дворце.
Петр проявлял склонность к искусству: любил музыку, живопись и кукольный театр. Особенное пристрастие он питал к скрипке и на придворных концертах часто играл партию первой скрипки.
В записках Штелина дается подробная характеристика Петра. «От природы судил довольно хорошо, но привязанность к чувственным удовольствиям более расстраивала, чем развивала его суждения, и потому он не любил глубокого размышления. Охотно читал описания путешествий и военные книги».
Любя до самозабвения военное искусство, Петр, как ни странно, был труслив: боялся грозы, стрельбы и охоты. На словах не страшился смерти, но на самом деле боялся всякой опасности, его «нельзя было принудить подойти ближе других к медведю, лежащему на цепи, которому каждый без опаски давал из рук хлеба…».
1745 год был полон знаменательных событий. Наконец-то Петру удалось избавиться от ненавистного Брюммера. Между деспотичным наставником и его подопечным все еще происходили бурные стычки. Как-то в Петергофе обер-гофмейстер накинулся на великого князя с кулаками. Штелин бросился между ними, приняв удар на себя.
— Эта ваша выходка должна быть последней! — крикнул в ярости Петр. — В первый раз, как только вы, Брюммер, осмелитесь поднять на меня руку, я проколю вас вот этой шпагой.
