И всё-таки торжество правящей элиты было преждевременным: Пугачёв потерял силы, но не утратил самого главного — народной поддержки. Как говорил один из вожаков восстания, старовер Перфильев, «я знаю, что вся чернь меня везде с радостью примет, лишь только услышит». Последующие события наглядно подтвердили справедливость этого утверждения. Главнокомандующий Бибиков в течение месяца после победы не имел точных сведений о местопребывании самозванца и предполагал, что всё в основном сделано. Тем не менее Пугачёв с остатками своей армии объявился на горных заводах Башкирии и здесь начал стремительно восстанавливать силы. В его ряды по-прежнему вливались массы людей. Как писал Павел Потёмкин своему двоюродному брату — екатерининскому фавориту Григорию Потемкину, «самое главное несчастье, что на народ нельзя положиться».
Однако теперь ситуация изменилась, вновь формирующиеся отряды восставших постоянно находились в напряжении: их неустанно преследовали корпуса Деколонга и Михельсона. И всё же Пугачёв при таких неблагоприятных условиях смог в июле 1774 года не просто осадить, но и штурмом взять Казань, что повергло в шок Петербург; лишь неимоверными усилиями (Город был отбит. Все эти потрясения оказались роковыми для Бибикова, скончавшегося от переживаний. Любопытно, что народная молва иначе объясняла его смерть: якобы тот «съехался с государем (то есть Пугачёвым) и, увидев точную его персону, весьма устрашился и принял крепкое зелье». Кстати, примерно так же интерпретировалось назначение новым командующим Н. И. Панина — наставника-учителя сына Петра ІІІ Павла. Это назначение сопровождалось слухами, будто Панин прислан Павлом Петровичем для переговоров с отцом (Пугачёвым).
Учитывая веру населения в «хорошего императора», правительство пыталось развенчать народные царистские грёзы. Местные администрации и главнокомандующие поставили на поток воззвания к населению от имени императрицы о выдаче самозванца, назначали вознаграждение за его поимку: за живого — тридцать тысяч рублей, за мёртвого — пять. Эти предложения отклика в рядах восставших не получали, однако по мере ухудшения положения и в связи с угрозой разгрома среди восставших находились такие, кто желал бы выйти сухим из воды, получив прощение за участие в бунте, так что выдача Пугачёва становилась заманчивой. Первая попытка подобного рода зафиксирована после разгрома пугачёвских войск у Татищевой крепости: тогда несколько казаков решили передать своего царя в руки генералов, но этот заговор сорвался, получив огласку. Тем не менее в лагере повстанцев сформировалась группа, которая не оставляла таких планов. Её ядро составили атаманско-старшинская семья Бородиных и родственник второй жены Пугачёва С. Шелудяков, который, пользуясь близостью к «императору», передавал сведения о пугачёвских планах правительственным войскам.
Взятие Казани и успешный переход на правый берег Волги заставило их отложить свои намерения, но после прибытия воинских частей с Русско-турецкого фронта под командованием А. В. Суворова становилось очевидным, что восставшие обречены. Заговорщики оживились, но, чтобы оправдать свои действия в глазах окружающих, они заговорили об обмане народа. Дескать, как выяснилось, Пугачёв совсем не тот, за кого себя выдаёт: он самый настоящий самозванец, потому-то восстание и терпит поражение. На одном из привалов его схватили, умело изолировав от массы повстанцев, доставили в Яицкий городок, туда, откуда по иронии судьбы начиналось восстание. Там его заковали в ручные и ножные кандалы, а заговорщиков отпустили временно на поруки, но вскоре арестовали и отправили в Москву. С захватом Пугачёва движение прекратилось не сразу, отдельные отряды ещё продолжали сопротивление в разных районах Поволжья, но это уже были угасавшие вспышки. Так закончилось Пугачёвское восстание, потрясшее правящий режим.