Слухи о боевых успехах повстанцев вызвали стихийные волнения среди помещичьих и горнозаводских крестьян и нерусского населения Оренбургской губернии. Пугачев привлекал их в повстанческие войска, создавал новые очаги восстания. Из Бердской слободы (ставка Пугачева в 7 верстах от Оренбурга) по селениям и заводам рассылались посланцы с манифестами Пугачева, который объявлял народу вечную волю, провозглашал освобождение от подневольного труда на помещиков и заводчиков, от податей и повинностей, жаловал землю, призывал к истреблению крепостников, провозглашал свободу вероисповедания. В руках повстанцев оказалась значительная часть Оренбургской губернии. В лагерь восставших шли тысячи добровольцев. По предписаниям Пугачева крестьяне везли продовольствие и фураж, с уральских заводов им доставлялись пушки, оружие, боеприпасы. К началу декабря 1773 в повстанческих отрядах под Оренбургом находилось до 25 тыс. бойцов и 86 пушек. Для управления войсками Пугачев создал Военную коллегию, которая до известной степени выполняла роль административно-политического центра восстания.
Царское правительство в октябре 1773 организовало карательный отряд (до 3500 человек при 10 пушках) во главе с генералом В. А. Каром. В начале ноября он выступил на помощь осажденному Оренбургу, но в сражении 7—9 ноября под деревней Юзеевой был разгромлен. В ноябре были разбиты и др. карательные отряды, следовавшие к Оренбургу из Симбирска и Сибири. В ноябре 1773 — начале января 1774 восстание охватило Южный Урал, восточную часть Казанской губернии, Западную Сибирь, Западный Казахстан. Восстал народ Башкирии во главе с Кинзей Арслановым,
Крупные очаги восстания к середине апреля 1774 были разгромлены, но отдельные отряды активно действовали в Закамском крае, в Башкирии (Салават Юлаев), на заводах Юж. Урала (И. Белобородов), в Оренбургских степях (А. Овчинников). Пугачев деятельно готовил новое повстанческое войско, используя сохранившиеся очаги восстания в Башкирии и на заводском Урале. Собрав до 5 тыс. бойцов, Пугачев захватил Магнитную крепость (6 мая) и соединился здесь с отрядами Белобородова и Овчинникова. Продвигаясь вверх по Яику, он штурмом взял Троицкую крепость (19 мая), но 20 мая был разгромлен и снова ушёл в Уральские горы. Корпус Михельсона, преследуя Пугачева, нанёс ему ряд поражений, но Пугачев, умело используя тактику партизанской борьбы, каждый раз уходил от преследования и сберегал главные силы от окончательного разгрома, а потом снова собирал многотысячные отряды. Вытесненный к середине июня 1774 из районов заводского Урала, Пугачев решил вывести свои отряды к Казани, взять сё и предпринять давно задуманный поход на Москву. 12 июля повстанческие отряды штурмовали Казань, овладели предместьями и городом, но не смогли взять крепости, где засели остатки гарнизона. Вечером того же дня повстанцы были разбиты подоспевшим корпусом Михельсона. Новое сражение за Казань произошло 15 июля. Потеряв всю артиллерию, до 2 тыс. убитыми и 5 тыс. пленными, Пугачев отошёл к северу и переправился на правый берег Волги у Сундыря.