Удивительно, но поначалу петербургские власти также недооценили разгоравшееся движение, считая его «местным бунтом шайки непослушных казаков», который может доставить неприятности разве рекрутскому набору (напомним: шла Русско-турецкая война). Столичная периодическая печать писала о скопище разбойников и грабителей, чья натура известна испокон веков, уверяя, что порядок вскоре будет наведён. Сама Екатерина II смотрела на восстание как на очередную «глупую казацкую затею», хотя слухи о расширяющемся движении всё же достигали сановного Петербурга. Английский посол сообщал в Лондон о чём-то серьёзном, происходящем в Оренбургском крае, о появлении какого-то претендента на престол, чьё число последователей велико.
Разобраться с «оренбургскими замешательствами» правительство отрядило генерал-майора В. А. Кара, назначенного главнокомандующим над всеми войсками. В помощь ему отрядили генерала Фреймана — усмирителя волнений в Яицком городке зимой 1772 года, надеясь на знание тем местных условий. Любопытно, что регулярные части перебрасывались из Новгорода в Казань, из Бахмута в Царицын, из Могилёвской губернии к Саратову, то есть из западных регионов империи на Волгу. Указанное обстоятельство весьма красноречиво: власти прекрасно осознавали: с восстанием лучше всего бороться с помощью родных ей украинско-литовских сил, укреплённых немецким генералитетом.
Прибытие в район восстания Кара, Фреймана и ещё одного бригадира Корфа именуется в литературе первой карательной Экспедицией. Они посетили казанского губернатора Брандта, познакомившего их с текущей обстановкой. «Русские» генералы были преисполнены энтузиазма, считая, что «голытьба» разбежится, как только узнает об их приближении. Однако на деле всё вышло иначе, чем рисовалось бравым воякам. Вопреки ожиданиям, восставшие не уклонились от прямого боя и первыми атаковали царские части. Причём всё произошло настолько стремительно, что началось спешное отступление: в рядах регулярных войск возникла паника, солдаты начали бросать ружья, не обращая внимания на угрозы офицеров. Вместо Кара командование принял Фрейман, пытаясь остановить беспорядочное бегство. Спустя четыре дня в рапорте в Военную коллегию они уже иначе оценивали боевые способности пугачёвцев, подчёркивали их фанатизм. Тем не менее поражение стоило генералу Кару суда и разжалования. Так бесславно завершилась первая карательная экспедиция против восставших.
После этого успеха Пугачёв приступил уже к серьёзной организации увеличившегося войска. Сохранившиеся документы из лагеря повстанцев свидетельствуют о настойчивом желании утвердить боевую дисциплину и гражданский порядок на контролируемых местностях. Армия делилась на полки, которые иногда назывались отрядами, разной численности — от трёхсот до двух тысяч человек. Если полк состоял из представителей разных национальностей, то разделение происходило по сотням (татарская, марийская, башкирская, казацкая и др.) Большое значение придавалось подбору командиров, при их выдвижении в обязательном порядке учитывалось общее мнение о кандидате. Полки имели знаки отличия и походные знамёна из красной, жёлтой и чёрной материи.
По подсчётам учёных, командный состав армии — полковники, сотники — достигал порядка двухсот человек: казаками являлись 52, крепостными крестьянами — 38, заводскими людьми — 35, среди них также были и татары, и башкиры, и калмыки, и казахи. Функции главного штаба выполняла возглавляемая Пугачёвым военная коллегия, включавшая четырёх членов-судей в лице М. Шигаева, А. Витошнова, Д. Скабычкина, И. Творогова, секретаря — М. Горшкова, думного дьяка И. Почиталина. В работе коллегии постоянное участие принимали К. Арасланов, И. Бахмутов, С. Сеитов, М. Алиев, Ф. Дербетев, выступая переводчиками и советниками. Военная коллегия работала на постоянной основе, решая разнообразные вопросы вооружения, снабжения, выдачи охранных грамот и т. д. Причём случаи грабежа повстанцами местного населения жёстко пресекались. К примеру, по решению коллегии за разбой был повешен полковник Д. Лысов: высокая должность и близость к Пугачёву не спасли его от сурового наказания.
После разгрома группировки Кара — Фреймана занятые восставшими территории существенно расширились. В орбиту движения вовлекаются Южный и Средний Урал, где располагались многочисленные горные заводы. К весне 1774 года пугачёвцы хозяйничали на трёх четвертях горнозаводской промышленности региона. На этих предприятиях, будь то частное или казённое, подвергалось реквизиции имущество: деньги, пушки, ядра, порох отправлялись в ряды народной армии, использовались повстанческими отрядами на местах. Конторские книги и долговые обязательства сжигались, администрация разбегалась. Заводское население выдвинуло немало способных энергичных вожаков, как, например, крепостной рабочий Иван Белобородов.