О детстве рано осиротевшего Петра Алексеевича известно мало. Точно известно, что воспитание молодого великого князя оставляло желать лучшего. С осени 1724 г. его шансы на наследование престола, казалось, начали расти. Так, в австрийских отчетах из Санкт-Петербурга, говорилось о том, что император приветливо обходится со своим внуком, что «русские князья и бояре от всего сердца явно содействуют ему, кроме тех немногих, которые помогали преследовать ныне покойного кронпринца, и первый из которых, пожалуй, Толстой. Но весь народ совершенно неописуемо любит этого принца». Итак, шансы юного Петра были, по-видимому, очень хорошими, и даже «противоречивые устные распоряжения» Петра Великого не могли больше ничего изменить. Однако при петербургском дворе существовало значительное сопротивление объявлению Петра Алексеевича наследником Петра I: «Никто не мог открыто выказать благосклонность великому князю, если не хотел попасть в лапы смерти». Недоверие русской стороны было велико, не допускалось никакое вмешательство извне в урегулирование вопроса о престолонаследии. Но опасения петербургского двора были с самого начала беспочвенными, так как Карл VI официально заявил, что намерен «держаться совершенно в стороне от этих московитских распрей».
Правда, аристократы — сторонники великого князя при русском дворе — непосредственно после вступления на престол Екатерины I уже совещались по поводу подготовки к последующей передаче власти Петру Алексеевичу. Так, уже 7 мая 1727 г., через день после смерти Екатерины I, Петр II вступил на русский императорский престол. В официальном сообщении говорилось, что «выбор наследного государя» осуществлен согласно «тестаменту ее императорского величества». В манифесте по поводу восшествия на престол было сказано, что новый император Петр II наделен всеми правами и прерогативами монарха. Пока Петр был еще мал, регентство должны были осуществлять дочери Екатерины Анна и Елизавета вместе с Верховным тайным советом. Кроме того, «тестаментом» Екатерины предписывалось, чтобы после Петра II престол переходил поочередно к Анне и Елизавете с их «десцедентами», и, наконец, к великой княгине Наталье, дочери Петра от первого брака. Положения тестамента Екатерины I должны были защитить права на наследование дочерей Петра от обоих браков. Однако этого не произошло. Лишь Елизавете, дочери Петра и Екатерины, удалось в 1741 г. взойти на русский императорский престол. Несмотря на малый возраст, Петр II, согласно тестаменту Екатерины, должен был править подобно предшественникам — как самодержец. Но в первые месяцы правления нового императора фактически, как и до того, правил Меншиков. Правда, уже в сентябре 1727 г. его противникам удалось свергнуть всемогущего фаворита. Меншиков, которого, в частности, поддерживал герцог Карл Фридрих Голштейн-Готторпский, супруг дочери Петра I Анны, очевидно, недооценил то влияние, которое оказывали старомосковские знатные дворянские роды на молодого государя. Герцогу дали понять, что он должен вернуться домой в Голштейн. Князь Меншиков, обвиненный в государственном преступлении, закончил свою жизнь в 1729 г. совершенно нищим в сибирской ссылке.
В окружении Петра II решающее слово имели, прежде всего, члены семьи Долгоруких. Именно они уговорили молодого государя перенести резиденцию императора назад в Москву, что, правда, не имело никакого значения в течение длительного времени. Таким же демонстративным жестом стало освобождение из монастырского заключения Евдокии Лопухиной, первой жены Петра I и бабки Петра II. Теперь она снова заняла почетное положение при дворе. Воспитанием юного императора занимались Прокопович и, прежде всего, Остерман, выполнявший свою задачу с обстоятельностью и самоотдачей. Воспитание осуществлялось на основе педагогической программы, включавшей в себя принципы княжеского образования в духе просветительства, которое должны были взять на себя профессора вновь учрежденной Петербургской академии наук. Это встретило одобрение венского двора. Однако император-недоросль не обнаруживал особой склонности к учению и вскоре попал под пагубное влияние семьи Долгоруких. После переселения двора в Москву Петр предавался там продолжительным охотам и необузданному разгулу, приведшим к тому, что Остерман практически потерял влияние на него. Вмешательство венского дяди императора также оказалось бесполезным. Наконец, было принято решение женить императора Петра II на княжне Екатерине Долгорукой. Однако предприятие потерпело крах из-за того, что заболевший оспой император внезапно скончался в ночь с 18 на 19 января 1730 г. после двух с половиной лет правления.