С приходом к командованию правительственными войсками А. Бибикова, пугачёвцы стали терпеть поражения, отдавая одну за одной взятые крепости на пограничных линиях. Продвигаясь в сторону осаждённого Оренбурга двумя колоннами под командованием генералов Мансурова и Голицына, они вынудили Пугачёва снять осаду со столицы края. 22 марта состоялось сражение у крепости Татищевой, наспех восстановленной восставшими. Несмотря на ожесточенность боя, вскоре стало ясно, что правительственная сторона одерживает верх. Пугачёв с сотней личной гвардии под командованием Тимофея Мясникова покинули крепость, защищать которую, прикрывая отход Пугачёва, остался походный атаман яицких казаков Андрей Овчинников.
Вернувшись в бердинский лагерь, Пугачёв с казацкими полковниками решили пробиваться к Яицкому городку. Опасаясь нового боя, пугачёвцы метались в поиске неприкрытых правительственными войсками дорог, но, натолкнувшись вблизи Переволоцкой крепости на неприятельские разъезды, повернули на восток. В итоге 1 апреля пришлось держать ещё один бой с основными силами генерала Голицына у Сакмарского городка, потерпев ещё одно разгромное поражение.
С горсткой казаков из личной сотни и башкир Пугачёв отошёл к селу Ташла, затем за излучину реки Белой, прибыв сначала на Воскресенский завод, а затем на Белорецкий завод, где пробыл до 1 мая 1774 года. Причиной, по которой он получил передышку в целый месяц, послужила смерть командующего Бибикова, вызвавшая интриги среди генералов — генерал Голицын был недоволен назначением на этот пост генерала Щербатова. В результате разбитые и рассеянные по степи отряды восставших постепенно собрались на нижнем Урале, 5-6 мая восставшие штурмуют Магнитную крепость, во время штурма Пугачёв ранен в правую руку.
После успешного штурма, в Магнитную прибывают крупные отряды яицких казаков под командованием Овчинникова, а также уральских крестьян и горнозаводских рабочих под командованием Белобородова и Максимова.
После взятия Магнитной крепости Пугачёв повёл свое войско, постепенно пополняя его заводскими крестьянами, на северо-восток, взяв крепости Карагайскую, Петропавловскую и Степную, 20 мая успехом завершился штурм Троицкой крепости. Но следующим утром спавший лагерь Пугачёва атаковали правительственные войска генерала И. А. Деколонга, в результате большая часть восставших были разбиты, пленены или рассеяны, а Пугачёву вновь пришлось бежать лишь с ограниченным числом казаков на запад в сторону Челябы. Положение улучшилось, когда к казакам присоединились основные силы восставших башкир под командованием Салавата Юлаева, в результате чего в боях 3 и 5 июня настигнувшему Пугачёва Михельсону не удалось добиться заметного успеха.
10 июня Пугачёв вступил в Красноуфимск, затем, попытался взять Кунгур, но встретив ожесточённое сопротивление, повернул на запад, где после трёхдневного боя взял городок Оса.
После взятия Осы войско Пугачёва перебралось на правый берег Камы, 22 июня взяв Рождественский завод, 24 июня — Воткинский завод, 27 июня — Ижевский завод.
«Пугачёв в Казани творит суд», почтовая карточка 1931 года, издание Музея Революции Союза ССР.
Взяв предместья и основную часть Казани, 12 июля Пугачёв освободил из тюремных камер Казанской секретной комиссии 415 человек — пленных восставших, членов их семей, среди них он обнаружил и свою семью — первую жену Софью с тремя детьми, Трофимом, Аграфеной и Христиной. Семья Е. И. Пугачёва была доставлена в Казань 17 марта 1774 года, где находилась под надзором секретной комиссии и содержалась в тюремном помещении комиссии. Вплоть до пленения под Чёрным Яром, семья Пугачёва оставалась с войском, жили в отдельной палатке, а на вопрос своих соратников Пугачёв сказал, что «ето-де друга моего Емельяна Иваныча, донскова казака, жена, он-де за мое имя засечен кнутом». Был среди освобождённых и игумен Филарет, которого держали под подозрением, что именно он подал Пугачёву мысль принять имя Петра III.
После окончательного поражения 15 июля у Казани, армия восставших переправилась на правый берег Волги. Большая часть башкир отказалась следовать дальше за Пугачёвым и во главе с Салаватом Юлаевым вернулась в район Уфы, где боевые действия продолжались вплоть до ноября 1774 года.
Несмотря на то, что с Пугачёвым на постоянной основе оставалось не более 2000 казаков, города и деревни Среднего Поволжья оказывали ему по большей части торжественный прием. 23 июля жители Алатыря «встретили … почти все за городом с хлебом и с солью, а попы — с крестами». Пугачёв велел освободить «содержащихся в тюрьме колодников, казенное вино выпустить, а соль брать всякому безденежно».
24 августа (5 сентября) 1774 Михельсон разбил мятежников у Чёрного Яра.
Пленение, следствие и казнь
Емельян Пугачёв в тюрьме. Портрет, приложенный к изданию «Истории пугачёвского бунта» А. С. Пушкина, 1834
После поражения в битве у Солениковой ватаги Е. И. Пугачёв с остатками своего войска бежал вдоль Волги на юго-восток и к вечеру 25 августа переправился с правого берега Волги в 20 верстах выше Чёрного Яра сперва на один из волжских островов, а с него — на левый берег Волги. Переправившись, Е. И. Пугачёв повёл отряд на восток, перешёл Ахтубу, на левом берегу которой было устроено совещание о дальнейших действиях. Пугачёв предлагал пойти вниз по Волге к Каспийскому морю, а оттуда пробираться скрытными дорогами на Украину, к запорожским казакам, или в Турцию, подобно некрасовцам, либо уйти в Башкирию или в Сибирь.
Он не знал о уже сложившемся к этому времени в его отряде заговоре казацких полковников, решивших в обмен на Пугачёва получить от правительства помилование. Обсуждение заговора началось в середине августа, в нём приняли участие И. А. Творогов, Ф. Ф. Чумаков, И. П. Федулёв и ещё полтора десятка яицких казаков. Они наотрез отказались от любых предложений Пугачёва и в свою очередь предложили двигаться в сторону Узеней. Отряд двинулся к Узеням кружным путем: сначала вверх по течению Ахтубы, затем левым берегом Волги до Николаевской слободы напротив Камышина, оттуда на юго-восток к озеру Эльтон, а с Эльтона на северо-восток к Узеням. 8 сентября остановились у Большого Узеня. Здесь заговорщики бросились вязать Пугачёва, пока остальные казаки отряда находились в отдалении.
На пути к Яицкому городку Пугачёв дважды предпринимал попытки к бегству, но неудачно. При приближении к Яицкому городку Творогов и Чумаков выехали вперёд для обсуждения условий сдачи, встреченный ими поисковый отряд сотника Харчева доставил Пугачёва в Яицкий городок 15 сентября. В тот же день был проведён первый его допрос, на следующий день ещё один. Следователь Маврин подробно выяснил детали биографии Пугачёва, детали хода восстания и планы в его завершающей части. Проводя допрос, Маврин отметил в донесении начальнику секретных комиссий генерал-майору П. С. Потёмкину, что Пугачёв держался с большим достоинством и мужеством. Позднее прибывший в Яицкий городок генерал-поручик А. В. Суворов лично допросил самозванца 17 сентября, а 18 сентября сформировал и возглавил отряд для конвоирования Пугачёва в Симбирск. Для перевозки была изготовлена и установлена на двухколёсную арбу тесная клетка, в которой Пугачёв не мог выпрямиться и хотя бы расправить тело.
