Руководители восставших, обладая некоторым военным опытом, понимали, что противостоять регулярной армии может лишь организованное войско. В ноябре 1773 года Пугачев создал «государственную военную коллегию» – штаб и центральный орган власти восставших. Коллегия занималась комплектованием и снабжением армии, пропагандой, осуществляла общее руководство отрядами. На нее же возложена была обязанность творить суд и обеспечивать порядок на занятой повстанцами территории. В армии Пугачева все было по-настоящему – организация войска, боевая учеба. Поэтому первые действия правительственных войск были неудачны: царские генералы недооценили восставших.
Восстание охватило огромную территорию – весь горнозаводской Урал, Башкирию, Нижнее Поволжье. К началу 1774 года пугачевские отряды появились в Западной Сибири и на Левобережной Украине. Неспокойно было и в Москве, еще не остывшей от «чумного бунта». Правительство направило для подавления восстания войска под командованием генерала А. И. Бибикова. В январе—феврале 1774 года его 16-тысячная армия развернула широкое наступление. 22 марта 1774 года под Татищевой крепостью, в 54 верстах от Оренбурга, произошло решающее сражение. Армия повстанцев была разбита, а сам Пугачев с небольшим отрядом ушел за Урал. Правительственные силы освободили большинство захваченных городов, но война только начиналась. Уже в апреле Пугачев на Урале и в Башкирии собрал новое войско и начал наступление на Казань. 12 июля город штурмом был взят, но через три дня отряд полковника Михельсона после жестокого четырехчасового боя выбил повстанцев из Казани и преследовал на протяжении 30 верст. Самому Пугачеву опять удалось уйти, но он потерял всю артиллерию и 2 тысячи человек убитыми, более 5 тысяч повстанцев попали в плен.
Пугачев ушел на север, к городу Кокшайску, и там переправился на правый берег Волги. Так начался заключительный этап войны. Пугачев не рискнул двигаться на Москву или Нижний Новгород, а направился на юг по реке Суре. 18 июля он издал манифест, извещавший о передаче земли крестьянам и призывавший «противников нашей власти… и разорителей крестьян ловить, казнить и вешать, и поступать равным образом так, как они, не имея в себе христианства, чинили с крестьянами». По всему Поволжью запылали помещичьи усадьбы, волнения распространились и на Московскую, и Воронежскую губернии. Правительство спешило скорее завершить войну с Турцией, чтобы задействовать против повстанцев освободившиеся войска. Страх был оправдан – на последнем своем этапе восстание Пугачева превратилось в беспощадную классовую войну. Все «господа» – мужчины, женщины и дети – истреблялись без пощады: в одном только Саранске было повешено около 300 дворян.