Первые зачатки заговора относятся к 1756 году, то есть ко времени начала Семилетней войны и ухудшения здоровья Елизаветы Петровны. Всесильный канцлер Бестужев-Рюмин, прекрасно зная о пропрусских настроениях наследника и понимая, что при новом государе ему грозит как минимум Сибирь, вынашивал планы нейтрализовать Петра Фёдоровича при его восшествии на престол, объявив Екатерину равноправной соправительницей.^{[L 4]} Однако Алексей Петрович в 1758 году попал в опалу, поспешив с осуществлением своего замысла (намерения канцлера остались нераскрытыми, он успел уничтожить опасные бумаги).^{[L 11]} Императрица и сама не питала иллюзий в отношении своего преемника на престоле и позднее подумывала о замене племянника на внучатого племянника Павла:

Во время болезни <…> Елисаветы Петровны слышала я, что <…> наследника её все боятся; что он не любим и непочитаем никем; что сама государыня сетует, кому поручить престол; что склонность в ней находят отрешить наследника неспособного, от которого имела сама досады, и взять сына его семилетнего и мне [то есть Екатерине] поручить управление.[L 4]

За последующие три года Екатерина, также попавшая в 1758 году под подозрение и чуть было не угодившая в монастырь, не предпринимала никаких заметных политических действий, разве что упорно умножала и упрочивала личные связи в высшем свете.

В рядах гвардии заговор против Петра Фёдоровича сложился в последние месяцы жизни Елизаветы Петровны, благодаря деятельности троих братьев Орловых, офицеров Измайловского полка братьев Рославлевых и Ласунского, преображенцев Пассека и Бредихина и других. Среди высших сановников Империи самыми предприимчивыми заговорщиками были Н. И. Панин, воспитатель малолетнего Павла Петровича, М. Н. Волконский и К. Г. Разумовский, малороссийский гетман, президент Академии наук, любимец своего Измайловского полка.

Елизавета Петровна скончалась, так и не решившись что-либо изменить в судьбе престола. Осуществить переворот сразу же после кончины императрицы Екатерина не считала возможным: она была на истечении пятого месяца беременности (от Григория Орлова; в апреле 1762 году родила сына Алексея). К тому же Екатерина имела политические резоны не торопить события, она желала привлечь на свою сторону как можно больше сторонников для полного триумфа. Хорошо зная характер супруга, она справедливо полагала, что Пётр достаточно скоро настроит против себя всё столичное общество.^{[L 7]} Для осуществления переворота Екатерина предпочла ожидать удобного момента.

Все сошлись на том, что удар следует нанести, когда его величество и армия будут готовы к отправке в Данию.[L 3]

Положение Петра III в обществе было шатким, но также непрочным было положение Екатерины при дворе. Пётр III открыто говорил, что собирается развестись с супругой, чтобы жениться на своей фаворитке Елизавете Воронцовой. Он грубо обращался с женой, а 30 апреля, во время торжественного обеда по случаю заключения мира с Пруссией случился прилюдный скандал. Император в присутствии двора, дипломатов и иностранных принцев крикнул жене через весь стол «folle» (дура); Екатерина заплакала. Поводом к оскорблению стало нежелание Екатерины пить стоя провозглашённый Петром III тост. Неприязнь между супругами достигла апогея. Вечером того же дня он отдал приказ её арестовать, и только вмешательство фельдмаршала Георга Гольштейн-Готторпского, дяди императора, спасло Екатерину.

К маю 1762 года перемена настроений в столице стала настолько очевидной, что императору со всех сторон советовали предпринять меры по предотвращению катастрофы, шли доносы о возможном заговоре, но Пётр Фёдорович не понимал серьёзности своего положения. В мае двор во главе с императором по обыкновению выехал за город, в Ораниенбаум. В столице было затишье, что весьма способствовало окончательным приготовлениям заговорщиков.

Датский поход планировался на июнь. Император решил повременить с выступлением войск, чтобы отпраздновать свои именины. Утром 28 июня 1762 года, накануне Петрова дня, император Пётр III со свитой отправился из Ораниенбаума, своей загородной резиденции, в Петергоф, где должен был состояться торжественный обед в честь тезоименитства императора. Накануне по Петербургу прошёл слух, что Екатерина содержится под арестом. В гвардии началась сильнейшая смута; один из участников заговора, капитан Пассек, был арестован; братья Орловы опасались, что возникла угроза раскрытия заговора.

В Петергофе Петра III должна была встречать его супруга, по долгу императрицы бывшая устроительницей торжеств, но к моменту прибытия двора она исчезла. Через короткое время стало известно, что Екатерина рано утром бежала в Петербург в карете с Алексеем Орловым (он прибыл в Петергоф к Екатерине с известием, что события приняли критический оборот и медлить более нельзя).^{[L 7]} В столице «Императрице и Самодержице Всероссийской» в короткое время присягнули гвардия, Сенат и Синод, население.

Гвардия выступила в сторону Петергофа.

Дальнейшие действия Петра показывают крайнюю степень растерянности. Отвергнув совет Миниха немедленно направиться в Кронштадт и повести борьбу, опираясь на флот и верную ему армию, размещённую в Восточной Пруссии, он собирался было защищаться в Петергофе в игрушечной крепости, выстроенной для манёвров, с помощью отряда голштинцев. Однако, узнав о приближении гвардии во главе с Екатериной, Пётр бросил эту мысль и отплыл в Кронштадт со всем двором, дамами и т. д. Но Кронштадт к тому времени уже присягнул Екатерине. После этого Пётр совершенно пал духом и, вновь отвергнув совет Миниха направиться к восточнопрусской армии, вернулся в Ораниенбаум, где и подписал отречение от престола.

Где-то достали вино, и началась всеобщая попойка. Разгулявшаяся гвардия явно собиралась учинить над своим бывшим императором расправу. Панин насилу собрал батальон надёжных солдат, чтобы окружить павильон. На Петра III было тяжело смотреть. Он сидел бессильный и безвольный, постоянно плакал. Улучив минуту, бросился к Панину и, ловя руку для поцелуя, зашептал: «Об одном прошу — оставьте Лизавету [Воронцову] со мной, именем Господа Милосердного заклинаю!».[L 13]