エカチェリーナ2世
翌日、エリザヴェータの甥で母方の又従兄にも当たる皇太子のホルシュタイン公ピョートル・フョードロヴィッチと婚約、翌1745年に結婚し、大公妃（ヴェリーカヤ・クニャージナ）（）の称号を帯びた。2人ともドイツ育ちのため、ピョートルにとってはとりあえずドイツ語で存分に会話できる相手ではあったらしい。には不慣れであったが、エカチェリーナがロシア語を習得し、ロシア正教にも改宗し、ロシアの貴族や国民に支持される努力を惜しまなかったのに対し、知的障害もあったと思われるピョートルはドイツ風にこだわり続け、ドイツ式の兵隊遊びに熱中し、周囲の反感を買い続けた。ピョートルに唯一人並みの才能があったと思われるまともな趣味は音楽だったが、こればかりはエカチェリーナの方に才能が無かった。
エカチェリーナ2世
親戚のスウェーデン王グスタフ・アドルフが1796年9月に訪れた時、エカチェリーナは孫のアレクサンドラを彼と結婚させてスウェーデン王妃にしようとした。9月11日に舞踏会が開かれ、そこで二人の婚約が発表されるはずであった。スウェーデン王はアレクサンドラに魅かれていたが、アレクサンドラがロシア正教会からルーテル教会に改宗しない事を見通し、舞踏会に出席せずにストックホルムに去った。エカチェリーナは衝撃を受け、健康状態は悪化した。後に回復して、お気に入りの孫アレクサンドルが息子パーヴェルをとばして戴冠するための式典を計画し始めた。だが式典の前、舞踏会から2カ月後に女帝は脳梗塞で死亡することになった。
1796年11月5日（ロシア暦）/11月16日（グレゴリオ暦）の朝、エカチェリーナは早く目が覚めてコーヒーを飲み、いつもの書類仕事を始めた。メイドが良く眠れたかと尋ねると、長い間良く眠ってはいないと答えた。9時過ぎに化粧室に行き、トイレで発作を起こして倒れた。戻らないことを心配したメイドが覗き込むと、エカチェリーナは床に倒れ、顔は紫色で、脈は弱く、呼吸も浅かった。召使たちはベッドルームに運び、45分後に侍医が来て脳梗塞であると診断した。あらゆる努力にも関わらず、昏睡から覚めることはなく、臨終の儀式を受けてその夜9時45分頃に薨去した。翌日に解剖を受け、死因が確認された。