1762年年初，伊丽莎白女皇病逝，彼得成为俄罗斯帝国的第七位皇帝，史称彼得三世。但是由于彼得按照母系来自俄罗斯罗曼诺夫家族，按照父系却是来自德国荷尔施泰因-戈托普家族，所以他的这一支被称作罗曼诺夫-荷尔施泰因-戈托普家族，属于欧洲著名的奥尔登堡王朝。后来彼得三世的后裔依然留在了俄罗斯帝国皇帝位子上，所以自此俄罗斯帝国的罗曼诺夫王朝的正式名称变为罗曼诺夫-荷尔施泰因-戈托普王朝。
由于彼得三世登基，王朝属于奥尔登堡家族，俄罗斯皇室和欧洲的许多皇室成为亲戚。至今英国王室和挪威王室在血统上仍属于奥尔登堡家族，尽管英国王室的正式称呼是温莎王朝，但从父系家谱来看，英国查尔斯王子确实是奥尔登堡家族的继承人。
彼得三世登基后，开始了积极的政务活动。彼得三世在皇帝的位子上一共坐了半年，但在这半年里签署了大量法令。彼得三世的功过是非至今毁誉参半，大多数人以叶卡捷琳娜二世时代流传下来的正史为依据，认为彼得三世是个神经质的怪人，智力水平发展一直停留在孩童时代；身为一国之君，但对周围的一切，包括他统治下的俄罗斯非常冷淡，漠不关心，乃至大肆出卖国家利益。另一些人认为这种说法是站不住脚的，彼得三世固然出卖了俄罗斯国家利益，但并非昏庸不堪，而且这段正史是在叶卡捷琳娜时代编纂，而叶卡捷琳娜可以说是彼得三世不共戴天的仇人，焉知其中没有隐情。
在彼得三世统治的半年时间里，进一步推行了大量改革措施。根据彼得三世签署的法令，解散了秘密刑侦衙门，没收了教会的土地，建立国家银行，扶助工商业发展，解除外贸禁令，停止了对旧礼仪派教徒的迫害。根据彼得三世签署的《贵族自由宣言》，俄罗斯贵族不必像彼得大帝时代那样终身服役，或者像安娜女皇时代那样必须服役25年，如今贵族完全不必服役，获得了空前特权。其中一条就是任何一个贵族都可以随时出国，可以随意处置其名下的封地。可以说，彼得三世时代的俄罗斯贵族所获得的自由，是一个分封建制的君主制国家里的极限。
历史学界认为，这些历史功绩不应该全部记在彼得三世帐上：沃伦佐夫和舒瓦洛夫等人制定的改革措施在伊丽莎白女皇时代均已准备就绪，彼得三世不过是签署了法令而已。无论如何，从伊丽莎白女皇时代开始的改革措施，由彼得三世签署颁布，在叶卡捷林娜时代得以推广执行，成为19世纪俄罗斯获得空前繁荣的重要前提。
彼得三世最为人诟病的一个决定就是放弃在七年战争中的所有胜利果实，单独与普鲁士媾和。作为普鲁士国王腓特烈二世的忠诚粉丝，彼得三世的选择本属情理之中，但他的让步幅度之大实属意料之外。为了进行和平谈判，普鲁士国王腓特烈二世向俄罗斯派出了一位名叫亨利·冯·格利茨的特使。彼得三世向来对普鲁士的军事和政治制度视为圭臬，所以对这位和谈特使的意见可以说是言听计从，差一点就委托人家替他来制定俄罗斯的对外政策了。
俄罗斯和普鲁士签订的合约规定，俄罗斯归还整个东普鲁士以及七年战争期间占领的所有土地，俄罗斯退出战争并转而与普鲁士结盟。条约一出，整个俄罗斯为之震动和迷茫之中，彼得三世的做法招致了很多人的不满。 早在伊丽莎白女皇统治末期，朝中的很多大臣和禁军将领们就看出了将来彼得三世不会为俄罗斯利益打算，所以多次酝酿了宫廷政变，意在废黜彼得的皇储身份。
但这些政变屡屡隐而未发，一是因为没有找到合适的接替人选，二是碍于伊丽莎白女皇。叶卡捷琳娜也参与策划了这些政变计划，曾提出要和彼得三世分享权利，共同做皇帝。朝中的贵族奥尔洛夫兄弟，伊兹麦洛沃军团，普列阿布拉仁斯基军团的部分军官积极参与了政变策划。后来反对彼得的人越来越多，甚至连皇子保罗的老师潘宁，沃尔康斯基公爵等人也站到了叶卡捷琳娜一边。
伊丽莎白女皇逝世后，叶卡捷琳娜仍没有发动政变，原因是她这时怀有五个月的身孕，而在四月生下了一个男孩后来的保罗一世，未经证实的传闻说孩子的父亲是叶卡捷琳娜的情人格里戈里·格里戈里耶维奇·奥尔洛夫。但传闻站不住脚因为保罗一世无论相貌性格简直是其父彼得三世·费奥多罗维奇的翻版。
叶卡捷琳娜面对丈夫的威胁，并没有感到恐惧，因为她非常了解自己的实力，知道很多人对彼得三世不满，都在寻隙废黜他，所以只要尽可能地拖延，就能争取到更多的支持者。叶卡捷琳娜要做的就是选择一个合适的时机下手。另一方面彼得三世根本就没有把叶卡捷琳娜放在眼里，对即将来到的政变风暴毫无察觉。尽管彼得三世手下的人多次向他密报政变阴谋，但他依旧不以为然。