Во время бунта Петр стал свидетелем жестокой расправы стрельцов над его сторонниками и родственниками по матери Нарышкиными. Это впоследствии сказалось на характере Петра, отразившись и на его психическом здоровье, и на мировоззрении. На всю жизнь сохранил он ненависть к стрельцам…
В годы правления Софьи Петр с матерью жили в селе Преображенском. О нем словно забыли: обучение забросили, Зотова удалили, а другого учителя не назначили. Предоставленный сам себе, подросток проводил время в играх и потехах, а частенько и в драках со сверстниками. С детских лет Петр тянулся к военным играм: он завел свое «потешное» войско, одел и вооружил его, постепенно в нем появилась артиллерия. Мастер Федор Зоммер показывал царю гранатное и огнестрельное дело. Любопытный по натуре Петр тянулся к знаниям. Для изучения военных наук нужны были знающие люди, и Петр стал частым гостем в Немецкой слободе, находившейся недалеко от Преображенского. Там он познакомился со многими иностранцами. Под руководством голландца ФранцаТиммермана он изучал основы арифметики, геометрии, фортификации. До многого он дошел своим умом. Но сказывался недостаток систематического образования: даже в шестнадцатилетнем возрасте он не умел правильно писать, плохо знал основы грамоты и имел небогатый словарный запас.
Вскоре Петр придумал новую потеху: случайно обнаруженный в сарае старый английский ботик пробудил в нем желание строить корабли. На Плещеевом озере под Переяславль-Залесским царь занялся строительством лодок и больших судов.
Мать Петра Наталья Кирилловна огорчали «не царские» занятия сына. Стараясь образумить его, она нашла ему невесту – молодую красавицу Евдокию Лопухину. Свадьба состоялась 27 января 1689 года. Но ни мать, ни молодая жена не смогли удержать Петра рядом с собой: через три месяца после свадьбы он опять уехал к своим кораблям и занялся своими «потешными» полками – Преображенским и Семеновским.
В августе 1689 года, когда до Петра дошел слух о подготовке Софьей нового стрелецкого бунта, он бежал в Троице-Сергиев монастырь, туда же прибыли из Москвы царицы Наталья и Евдокия, а также «потешные» полки с артиллерией и часть дворян. Большая часть войск повиновалась Петру как законному царю. Софья, почувствовав, что сила на стороне брата, предприняла попытку примирения, но было поздно: сторонники Петра отстранили ее от власти и заточили в Новодевичий монастырь.