Затем произошло нечто странное: лицо Павла начало меняться. Продолжительная болезнь, перенесенная в возрасте девяти лет, стерла его детскую миловидность, черты его лица, ранее приятные, исказились и приобрели свойственную многим подросткам асимметрию. У него были жидкие каштановые волосы, скошенный подбородок и выступающая нижняя губа. Он стал больше похож на Петра, чем на Салтыкова, его движения напоминали порывистые и неуклюжие движения Петра. Те, кто знал Петра лично, поверили, что Павел действительно был сыном убитого царя.

К тому времени, когда Павел достиг подросткового возраста, он считал себя сыном Петра и испытывал глубокое уважение к отцу. Он интересовался обстоятельствами его смерти, а также вопросом, почему трон перешел к его матери, а не к нему. Когда придворные затруднялись с ответом, он говорил, что все равно все узнает, когда вырастет. Если же Павел спрашивал о своих шансах стать государем, в разговоре возникала долгая, неловкая пауза. Старался он восполнить и другие пробелы в своих знаниях. До него доходили слухи о том, что брат Григория Орлова, фаворита его матери, подозревался в причастности к смерти его отца. Таким образом, одно только присутствие при дворе братьев Орловых и то, что у его матери были отношения с Григорием, мучило его. В то же самое время мальчик создал себе идеализированный образ Петра, старался подражать ему, его наклонностям и поведению. Зная, что Петр был страстно увлечен всем, что имело отношение к армии, Павел стал играть в солдатиков. Сначала – с игрушечными, а затем муштровать настоящих солдат, как делал это Петр. Кроме того, подражая Петру, он стал восхищаться величайшим солдатом своего времени – Фридрихом Прусским.

С 1760 года, когда Павлу исполнилось шесть, Никита Панин стал его гувернером и старшим учителем. Павла учили иностранным языкам, географии, математике, естественным наукам, астрономии, религии, рисованию и музыке. Также его обучали танцевать, ездить верхом, фехтовать. Он был умен, нетерпелив и легко возбудимым. «Его Высочество имеет склонность торопить события: он спешит встать, спешит за едой, спешит лечь в постель, – говорил один из его учителей. – Во время обеда он придумывает разнообразные хитрости, чтобы сесть за стол пораньше… Он ест слишком быстро, не пережевывая пищу достаточно тщательно и поэтому дает своему желудку непосильную задачу».

В десять лет Павел стал изучать работы Жана Д’Аламбера, французского математика, одного из редакторов «Энциклопедии» Дидро. Екатерина пригласила Д’Аламбера в Россию, чтобы обучать своего сына математике. Когда француз отклонил приглашение, она повторила попытку, на этот раз предложив ему дом, большое жалованье, а также статус и привилегии посла.