Силы восставших быстро росли. Выйдя из Магнитной, обойдя Верхне-Яицкую крепость, где стояли войска Деколонга, 8 мая вечером Пугачев двинулся по Оренбургской укрепленной линии. За 10 дней восставшие овладели Карагайской, Петропавловской, Степной и Троицкой крепостями. В отряды Пугачева вливались казаки и солдаты. Повстанцы забирали пушки, порох, провиант, деньги. Чтобы затруднить преследование, они жгли крепости, разрушали мосты и запруды. 21 мая под Троицкой крепостью войска Деколонга разбили 8-тысячную Главную армию Пугачева. Погибла артиллерия, попали в плен Шундеев и Туманов. Новым секретарем Государственной военной коллегии Пугачев назначил Алексея Дубровского (Трофимова). Главная армия Пугачева была плохо вооружена: в желающих «служить государю» не было недостатка, но только исетские казаки были хорошо вооружены, заводские крестьяне имели лишь холодное оружие; пушек было мало, да и те часто становились добычей врага. Овладев Чебаркульской крепостью, Саткинским и Златоустовским заводами, Пугачев сжег их. Стараясь оторваться от царских войск, Пугачев шел быстро. Долгое время (с апреля) сведения о нем у правительства были самые неопределенные.
Михельсон упорно и неотступно шел по пятам Пугачева. Догнав у деревни Лягушиной повстанцев, Михельсон разбил несколько отрядов Пугачева. Через несколько дней в деревне Киги к Главной армии восставших присоединился 3-тысячный отряд башкир во главе с Салаватом Юлаевым, выдержавшим уже не один бой с Михельсоном. Пожаловав Салавата Юлаева чином бригадира, а отца его Юлая Азналина назначив «главным атаманом над всеми жителями Сибирской дороги», Пугачев двинулся к Красноуфимску. По всей Башкирии распространялись манифесты, обещавшие всем «свободную вольность», освобождение от податей и «великих тягостей», от крепостной зависимости, призывавшие истреблять «бояр и зависцов несытого богатства», набирать «достаточное число войск», которые должны смело и решительно действовать «противу злодейских партий», как именовали восставшие правительственные войска, награждая их тем же эпитетом, каким в крепостническом лагере называли отряды восставших.
Манифесты и указы, составленные в Государственной военной коллегии Иваном Твороговым, секретарем Алексеем Дубровским и повытчиком заводским крестьянином Герасимом Степановым, направлялись «главному полковнику» «над мещеряками» Канзафару Усаеву, башкирскому старшине Магдею Менарову, марийскому старшине Юкею Егорову и др. Пугачев призывал их народу «напрасно никаких бед не чинить», не допускать насилия, не облагать налогами, беречь и охранять собственность простых людей, собирать армию, а уж если кто-нибудь окажется «в противлении и ослушании», не пойдет на службу к «государю» или окажется повинным «в худых поступках», тех не жалеть, поступать с ними, как с изменниками.
Восстание продолжало нарастать, охватывая все новые и новые районы Прикамья. В Пермском крае, в районе Юговских заводов, Осы, Тулвы, действовало несколько крупных повстанческих отрядов: Ивана Тарасова, Степана Кузнецова, Семена Волкова. В этих отрядах сражались плечом к плечу русские крестьяне и работные люди, башкиры и мищари. Они наносили сильные удары по правительственным войскам. Отряды Салавата Юлаева и мищарского полковника Бахтиара Канкаева 4 июня овладели Бирском. 11 июня под Красноуфимском Белобородов разбил, вынудил отступить правительственные войска под командованием подполковника Попова и овладел городом. Но за Главной армией неотступно и упорно следовал Михельсон, нанося ей один за другим чувствительные удары. Пугачев терял артиллерию, оставляя на поле сражения много убитых, немало восставших оказывалось в плену у Михельсона.