Это рассмешило государя. Он взял девочку на руки, поболтал с ней несколько минут и велел отвести к родителям. Увидев ее на другой день, царь был очарован ее грацией, манерами и большими глазами испуганной газели. С самым любезным видом, как бы обращаясь к придворной даме, царь попросил показать ему сад. Они долго гуляли вместе. Девочка была в восторге. Этот день навсегда остался у нее в памяти.
Два года спустя Александру II привелось снова вспомнить о ней. Князь Долгорукий, увлекшийся спекуляциями, потерял все свое состояние. Это сильно отразилось на его здоровье, и он вскоре скончался от нервного потрясения. Чтобы оградить семью от требований кредиторов, государь принял имение Тепловку под «императорскую опеку» и взял на свой счет воспитание шестерых детей покойного князя. Екатерина и ее младшая сестра, Мария, поступили воспитанницами в Смольный институт благородных девиц, основанный Екатериной II.
В семнадцать лет Екатерина Михайловна окончила институт. Получая скромную пенсию, она поселилась у старшего брата Михаила, женатого на прелестной неаполитанке, маркизе Черче Маджиоре. Зимой они занимали квартиру на Бассейной, а летом жили в очень скромном доме в Петергофе. Однажды весной, когда Екатерина в сопровождении горничной шла по Летнему саду, она встретила императора, совершавшего обычную прогулку с одним из адъютантов. Государь подошел к ней и, не обращая внимания на прохожих, наблюдавших за ними, увлек ее в одну из отдаленных аллей. После этого они встречались довольно часто в Летнем саду, в извилистых аллеях Елагина острова или под тенью векового леса в окрестностях Петергофа. Об этой связи скоро стало известно в петербургских салонах. Однако открыто обсуждать интимную жизнь царя было небезопасно, так как третье отделение тайной канцелярии, управляемое графом Шуваловым, повсюду имело уши.
Между тем, частая беременность супруги императора Марии Александровны (при вступлении на престол в 1855 г. у них было уже пятеро детей) расстроила ее и без того хрупкое здоровье. Вынужденная, по настоянию врачей, вести замкнутый образ жизни, императрица вскоре заметила, что Александр охладел к ней. Гордая и замкнутая, она страдала молча, сохраняя в душе признательность к тому, кто посвятил ей свою первую любовь и сделал ее, скромную принцессу, российской императрицей.
Осенью 1872 г. Екатерина Михайловна сообщила императору, что она беременна. Александр был потрясен этим известием. Его беспокоило сознание того, что положение Екатерины Михайловны послужит поводом для разного рода сплетен, перешептываний за его спиной. Кроме того, ему казалось, что материнство грозило Екатерине смертельной опасностью. Но все обошлось прекрасно. Беременность проходила без осложнений, внешний вид Екатерины Михайловны так мало изменился, что даже невестка ее, в доме которой она жила, не замечала ее положения.
В обществе строго осуждали поведение императора. Если раньше на эту романтическую связь смотрели сквозь пальцы, то теперь невозможность продолжать ее игнорировать приводила в негодование. Всех возмущала и большая разница в возрасте возлюбленных, и неспособность государя быть господином своих страстей. Слабое здоровье императрицы вызывало беспокойные мысли: сегодняшняя любовница могла вскоре стать законной супругой императора, и, кто знает, не будет ли она претендовать на еще более высокую роль? Общее недовольство усилилось к концу 1873 г., когда фаворитка государя родила второго ребенка, девочку, которую назвали Ольгой.
Александр II был чрезвычайно озабочен судьбой своих незаконных детей. Чтобы скрыть их происхождение, он приказал окрестить их тайно, собственноручно уничтожив акт о крещении. Но, поразмыслив, он представил себе неудобства и унизительность положения этих несчастных детей, которые были так ему дороги. Основные законы империи предоставляли Александру необходимые способы создания детям Екатерины Михайловны законного положения. В отдельных случаях личные распоряжения государя могли даже находиться в прямом противоречии с действующими законами. Таким образом, каждое решение, подписанное царем, независимо от его содержания, приобретало характер и силу закона. Императорские указы объявлялись обычно через правительствующий Сенат, но государь имел право решать, чтобы тот или иной из его указов не был объявлен никому.
Некоторое время он раздумывал над тем, какую фамилию дать своим детям. Через предков со стороны отца, в частности, через Владимира Мономаха, Екатерина Михайловна примыкала к потомкам Рюрика. Один из наиболее знаменитых ее предков, князь Юрий Долгорукий, в 1147 г. основал Москву. Вдохновленный этим славным воспоминанием, Александр II пожаловал детям своей любовницы имя «Юрьевских», прибавив к нему титул «светлейших князей».