Издание «Энциклопедии» совершенно разорило Дидро. На помощь ему пришла Екатерина II, питавшая слабость к французской просветительской философии. Еще в 1762 году Екатерина предлагала Дидро перенести издание «Энциклопедии» в Россию. В 1765 году Екатерина позволила себе истинно царский жест: через посредничество князя Дм. А. Голицына, русского посла в Париже, она купила библиотеку Дидро и тут же назначила Дидро ее пожизненным хранителем с окладом в 1000 франков в год, выплатив ему жалование за пятьдесят лет вперед (по этому поводу философ шутил, что честь теперь его обязывает прожить еще пятьдесят лет). В 1785 году, после смерти Дидро, его библиотека была доставлена в Петербург. К сожалению, она не была сохранена как особый целостный фонд, подобно библиотеке Вольтера, и книги Дидро со временем растворились в книжных фондах Публичной библиотеки им. М. Е. Салтыкова-Щедрина в Петербурге.
Сам Дидро неоднократно оказывал услуги русской императрице. Он рекомендовал ей специалистов по разным отраслям науки и искусства. Именно Дидро мы обязаны появлением в Петербурге одного из главных его символов – «Медного всадника» Фальконе. Выступал Дидро и экспертом при покупке Екатериной коллекции картин барона Тьера, включавшей полотна Рафаэля, Ван-Дейка, Рембрандта, Пуссена и других величайших художников и ставшей основой картинной галереи Эрмитажа.
В 1773 году Дидро получил личное приглашение Екатерины посетить Петербург, куда он и отправился в мае того же года, пробыв в северной столице около пяти месяцев. Екатерина встретила его милостиво и дружески. Сам философ был настроен так деловито – ведь он представлял русскую царицу великим реформатором, с нетерпением ожидавшим его советов, – что даже не посчитал нужным соблюсти правила придворного этикета. Он явился на прием к Екатерине в черном кафтане, «в котором ходят только в чулан», как позже писала об этом дочь Дидро. Философ подолгу беседовал с Екатериной на различные государственные, философские и политические темы, написал замечания, резкие и бескомпромиссные, на ее проект «Наказа». Позже, вернувшись на родину, Дидро продолжал выполнять ряд поручений Екатерины, среди которых был проект организации университетского образования в России.
Последние десять лет своей жизни Дидро прожил в Париже. Из России он вернулся с подорванным здоровьем и со званиями действительного члена Российской академии наук и почетного члена Российской академии художеств. Дидро продолжал интенсивно работать – завершал издание «Энциклопедии», писал свои знаменитые очерки «Салоны», посвященные ежегодным художественным выставкам в Париже. Екатерина II купила ему особняк в дворянском предместье Сен-Жермен, куда писатель, наконец, вместе с семьей смог переехать из своей бедной квартиры в одном из домов Латинского квартала. В феврале 1784 года у него открылось кровохарканье, болезнь стала быстро прогрессировать. Незадолго до кончины Дидро посетил духовник из церкви святого Сульпиция и предложил покаяться в своих еретических заблуждениях, что, по его мнению, «произвело бы благоприятное впечатление». В ответ Дидро произнес: «Я верю, господин кюре, – произвело бы благоприятное впечатление. Но признайтесь, это было бы бесстыдной ложью с моей стороны».