Ни Елизавета, ни Бестужев не подозревали, что Людовик XV не признает Россию в качестве полноценного партнера по союзу, потому что Франция традиционно была связана обязательствами по отношению к Польше и Швеции и что австро-французский договор исключал Россию при будущем территориальном переустройстве. Мнения на этот счет при русском императорском дворе расходились: Алексей Бестужев официально служил императрице, но втайне он препятствовал осуществлению союза с Францией. Великий князь Петр был предан Пруссии, а Екатерина испытывала определенные симпатии к Англии. Еще ни один русский солдат не был втянут в военные действия, а при петербургском дворе ширились конфликты, которые были устремлены на возможную кончину Елизаветы. Она была серьезно больна, едва могла двигаться и лишь изредка покидала свои личные покои. Но она желала твердо придерживаться союзнического долга по отношению к Австрии и Франции. Для Апраксина военный поход был неудобен. Только постоянные депеши императрицы, Бестужева и Екатерины заставили его в мае 1757 года перейти русскую границу. В июле он взял Мемель и Тильзит. 30 августа 1757 года русские одержали победу при Грос-Егерсдорфе. Австрийские войска вторглись в Лаузиц и Верхнюю Саксонию, в то время как французы наступали в Ганновере и Гессене.
19 сентября 1757 года во время богослужения в Царском Селе с императрицей случился второй тяжелый удар, который привел к временной потере речи, и хотя она достаточно быстро оправилась, страх скорой смерти усилился.
Апраксин отступил от Тильзита, а Фридрих II изгнал русских из Мемеля. Алексей Бестужев-Рюмин был обвинен в заговоре. Елизавета вышла из себя. Она приказывала Апраксину продолжать борьбу, но не могла этого добиться. Пруссия воспользовалась моментом. Французы были разбиты при Росбахе, а австрийцы — при Лёйтхен-Лиссе. Бестужев стал козлом отпущения.
Помимо этого, Елизавету все более преследовала тревога о престолонаследии, однако она была не способна к последовательным выводам. В конце концов она приняла решение. Апраксин был снят со своего поста и арестован. Екатерина была также втянута в игру. Она писала письма Апраксину, в которых она, по желанию Бестужева, настаивала на наступлении. И теперь она обратилась в бегство, бросилась императрице в ноги, заверила в своей невиновности и просила о том, чтобы ей разрешили вернуться в Цербст. Императрица простила ее, но невиновной не признала. Апраксин после пережитого апоплексического удара избежал приговора. Только Бестужев поплатился. Он был приговорен к смерти — наказанию, которое Елизавета заменила ссылкой в его имение Горетово (Можайского уезда. —
Война продолжалась. Летом 1758 года русские взяли Кёнигсберг и продвинулись до Бранденбурга. 25 августа 1758 года произошла великая встреча в Цорндорфе. Ожесточенная борьба обошлась русским и пруссакам в более чем 10 000 убитыми с каждой стороны. Русских считали победителями, но они не смогли воспользоваться победой. Императрица была возмущена тем, что Австрия не вступила в борьбу. Она возложила вину на Марию Терезию и обвинила ее в лицемерии. Та перекладывала всю ответственность на французов. Тем не менее русская императрица твердо решила вести войну против Пруссии до конца.
Телесные страдания теперь чрезвычайно тяготили ее. Елизавета едва могла передвигаться. Ее внушающее опасения состояние здоровья побудило многолетних друзей императрицы все более и более склоняться к пропрусским позициям Петра. Судя по положению вещей, они видели в гольштинце будущего императора. Новый великий канцлер Михаил Воронцов не делал тайны из смены своих симпатий. Елизавета еще требовала продолжения войны. Она настаивала на том, чтобы Австрия и Франция принимали участие в походах 1759 года. Но ее призыв не имел успеха, вслед за чем и генерал Фермор остановил продвижение русских войск. Императрица была так разгневана, что сняла с должности Фермора и заменила его Петром Семеновичем Салтыковым, главнокомандующим, который презрительно отзывался о Фридрихе II как о «самом глупом среди всех русских дураков». Рядом с Салтыковым стоял молодой генерал Румянцев, и вдвоем они продвинулись до Франкфурта-на-Одере, пересекли Лаузиц и одержали победу при Кунерсдорфе. Поддержку русским оказал скорее символический австрийский воинский контингент.
В этой битве пали 45 000 пруссаков — в живых остались только 3000, среди них — король Фридрих II. На его счастье, русско-австрийский альянс вновь оказался несостоятельным. Войска Марии Терезии отказались участвовать в преследовании пруссаков. Русские солдаты, правда, смогли в октябре 1760 года на четыре дня войти в Берлин, но вскоре вынуждены были вновь отойти к Висле. Первым шагом к миру явился подписанный в 1760 году Елизаветой и Марией Терезией договор, где стороны условились, что Россия при заключении мира получает области в Восточной Пруссии. Людовик XV тщетно протестовал против участия России в разделе военной добычи.
