Ядром восстания стали яицкие казаки-старообрядцы. Затем к ним присоединились отряды башкир и других народов Поволжья, уральские работные люди, а также крестьяне, составлявшие большинство на последнем этапе восстания. Многочисленные отряды повстанцев действовали на огромной территории от Урала до Волги.
На востоке восстание охватило области Западной Сибири, на севере дошло до Перми, на западе – до Тамбова, на юге – до Нижней Волги.
Лозунги восставших вначале ограничивались возвращением привилегий казачеству, но по мере роста движения и включения в него крестьян и работных людей появились требования освобождения крестьян от крепостной неволи, от поборов и податей. Ни в одном из документов восставших не ставилось задачи изменить формы государственной власти, повстанцы рассчитывали «извести возмутителей империи и разорителей крестьян» и посадить при этом на трон «хорошего царя».
Ряд городов приветствовал «царя»-освободителя, который обещал отмену крепостного права и снижение податей. Серьёзную тактическую ошибку допустил Пугачёв, оставив у себя в тылу не сдавшиеся ему укрепления, которые затем послужили опорными пунктами для правительственных войск. Генералы Александр Бибиков, Иван Михельсон, а потом и Александр Суворов перешли в наступление и отбросили его в сторону Каспийского моря.
В августе 1774 года Михельсон разбил Пугачёва под Царицыным. Деморализованные нерешительностью вождя восставшие постепенно разбежались. В сентябре 1774 года Пугачёв был выдан своими бывшими соратниками царским властям. Его доставили в Яицкий городок (ныне Уральск). Следствие производилось далее в Симбирске (ныне Ульяновск) и в Москве.
Более двух месяцев, пока длились следствие и суд, Пугачёва держали в подвале Монетного двора на Красной площади. Прикованный к стене, он почти не мог двигаться. Утром 10 января 1775 года на Красной площади собралась многотысячная толпа. Закованного в кандалы Пугачёва вывели из подвала, чтобы доставить на место казни – Болото. Там уже был сооружен эшафот, а на нём столб с колесом и острой спицей. Его ждало четвертование – один из самых страшных способов умерщвления, что придумал человек.
Вокруг пугачёвского эшафота стояли виселицы для соратников атамана. Судя по воспоминаниям современников, казнь ненавистного атамана дворян и аристократов сильно разочаровала: палач отрубил Пугачёву сначала не руку, как полагалось при четвертовании, а сразу же голову, которую и насадил на спицу.