Однако не было ли «излечение» лишь ширмой, за которой решалась важнейшая государственная задача производства легитимного наследника престола и продолжателя династии? Современные исследователи жизни Петра III и мемуаров Екатерины II О. А. Иванов и М. А. Крючкова склоняются к тому, что великому князю врачи могли помочь стать мужем, но не отцом — он был бесплоден. Сама же Екатерина отнюдь не была невинной овечкой (об этом речь пойдёт ниже). Как бы то ни было (и кто бы ни был отцом ребёнка), официально молодая чета свою миссию исполнила: 20 сентября 1754 года на свет появился долгожданный цесаревич Павел Петрович. К тому времени повзрослевшие Пётр и Екатерина уже стали чужими людьми: у каждого были свой круг друзей и свои интересы.

После рождения сына великая княгиня увлеклась секретарём английского посла, молодым польским графом Станиславом Августом Понятовским — галантным и образованным кавалером, а Пётр влюбился в юную фрейлину «молодого двора» графиню Елизавету Воронцову, некрасивую и грубоватую барышню, похожую, как утверждали злые языки, «на трактирную служанку самой низкой пробы». Секретарь французского посольства объяснял её успех тем, что «девица сумела так подделаться под вкус великого князя и его образ жизни, что общество её стало для сего последнего необходимым». Супруги не скрывали своих «предметов»; Понятовский вспоминал, как они ужинали вчетвером, после чего великий князь уводил Воронцову, говоря жене и её любовнику: «Ну, итак, мои дети, я вам больше не нужен, я думаю».

По мере взросления и приобщения к государственной деятельности Пётр Фёдорович вызывал у Елизаветы и её окружения всё большее беспокойство. Он не только выучился играть на скрипке, но одновременно стал, как подобает бравому офицеру, лихо курить и пить. Кавалеров и лакеев в его придворном войске сменили выписанные из отечества голштинские солдаты и офицеры. С началом Семилетней войны он вошёл в состав высшего государственного органа империи — Конференции при высочайшем дворе, разрабатывавшей планы военных действий против Пруссии и обсуждавшей отношения с союзниками — Австрией и Францией, вопросы комплектования и снабжения армии. Наследник же, преклоняясь перед Фридрихом II, заявлял, «что императрицу обманывают в отношении к прусскому королю, что австрийцы нас подкупают, а французы обманывают», и гордился тем, что курьеры из Пруссии привозят ему верную информацию. Елизавета вывела Петра из состава Конференции. Возник проект возведения на престол Павла, но осторожная императрица в конце жизни так и не решилась на это, а многие люди из её окружения стремились заранее обеспечить благосклонность великого князя. Поддержка со стороны Шуваловых вкупе с лояльностью жены (как-никак она становилась императрицей) и собственными усилиями по привлечению на свою сторону гвардейских офицеров обеспечили спокойный переход престола.