5 октября 1773 г. Пугачев подошел к Оренбургу - хорошо укрепленному губернскому городу с гарнизоном в 3,5 тыс. человек при 70 пушках. У повстанцев было 3 тыс. человек и 20 пушек. Штурм города оказался неудачным, пугачевцы приступили к осаде. Губернатор И.А. Рейнсдорп не рискнул атаковать мятежников, не надеясь на своих солдат.
На помощь Оренбургу были направлены отряд генерала В.А. Кара численностью в 1,5 тыс. человек и 1200 башкир во главе с Салаватом Юлаевым. Однако повстанцы разгромили Кара, а С. Юлаев перешел на сторону самозванца. Присоединились к Пугачеву и 1200 солдат, казаков и калмыков из отряда полковника Чернышева (сам полковник попал в плен и был повешен). Лишь бригадиру Корфу удалось благополучно провести в Оренбург 2,5 тыс. солдат.
К Пугачеву, устроившему свою ставку в Берде в пяти верстах от Оренбурга, непрерывно шли подкрепления: калмыки, башкиры, горнозаводские рабочие Урала, приписные крестьяне. Численность его войск превысила 20 тыс. человек. Правда, большинство их было вооружено лишь холодным оружием, а то и рогатинами. Уровень боевой подготовки этой разнородной толпы также был низок. Однако Пугачев стремился придать своей армии подобие организации. Он учредил "Военную коллегию", окружил себя гвардией. Своим сподвижникам он присваивал чины и титулы. Уральские мастеровые Иван Белобородов и Афанасий Соколов (Хлопуша) стали полковниками, а казак Чика-Зарубин превратился в "графа Чернышева".
Расширение восстания серьезно обеспокоило правительство. Командующим войсками, направляемыми против Пугачева, назначается генерал-аншеф А.И. Бибиков. Под его началом было 16 тысяч солдат и 40 пушек. В начале 1774 г. войска Бибикова начали наступление. В марте Пугачев потерпел поражение под Татищевой крепостью, а подполковник Михельсон разгромил войска Чики-Зарубина под Уфой. Главная армия Пугачева была практически уничтожена: около 2 тыс. повстанцев были убиты, свыше 4 тыс. ранены или взяты в плен. Правительство объявило о подавлении мятежа.
