Взять с ходу Яицкую крепость не удалось. Пугачевцы пошли вверх по реке Яику. Скоро в их руках были Илецкий городок, Рассыпная, Нижне-Озерная, Татищева крепость, Кирсановский и Гниловский форпосты, Сакмарский городок и др. Гарнизоны, как правило, переходили без боя к восставшим. Взяв Чернореченскую крепость, войско Пугачева, насчитывающее уже 2,5 тыс. человек, подошло к Оренбургу. Штурм Оренбурга был неудачным, и войско перешло к осаде крепости. Главным лагерем Пугачева стала слобода Берда. Ряды восставших росли и множились. Пришли башкиры во главе с Кинзей Арс-лановым, марийцы во главе с Мендеем, калмыки под командой Федора Дербетева. В ноябре под знамена восставших стала башкирская конница Салавата Юлаева. В отряды Пугачева влилось множество татар. Сам Пугачев был торжественно встречен в татарской Сеитовской слободе (Каргалы) под Оренбургом. На площади был разостлан ковер, на него водрузили импровизированный трон. Двое татар вели Пугачева к трону под руки, а остальные пали ниц.
Осада Оренбурга продолжалась. На помощь генералу И. А. Рейнсдорпу, оренбургскому губернатору, Петербург послал генерал-майора В. А. Кара, но на подходах к Оренбургу Кар был разбит отрядами А. Овчинникова и И. Зарубина-Чики.
В середине ноября под самым Оренбургом Пугачев разбил царские войска полковника П. М. Чернышева. Причем почти все солдаты разбитого полковника перешли на сторону восставших.
В период многомесячной осады Оренбурга руководители восстания провели организацию пугачевского войска. Основным подразделением в армии были теперь полки, во главе которых стояли полковники. Полки в свою очередь делились по-казацки на сотни и десятки; формировались они преимущественно по национальному признаку или по сходству социальной среды. При особе «государя-императора» стал формироваться своеобразный государственный аппарат. Речь идет об образовании в ноябре 1773 г. Государственной военной коллегии.
Функции Военной коллегии были неизмеримо шире, чем у той, что была в Петербурге. Коллегия стала и главным штабом, и главным интендантством, и высшей гражданской властью, и высшим судом. В числе обширного круга ее дел были боевые приказы, связь между отрядами, вопросы снабжения армии продовольствием и боеприпасами, организация литья пушек и изготовления пороха, вопросы казацкого самоуправления, назначения и перемещения командиров. Коллегии принадлежало право награды отличившихся, присвоение воинских званий. Она вела огромную агитационную работу, рассылая указы и манифесты во многие концы Заволжья, Урала, Казахстана и Западной Сибири. Вместе с тем Военная коллегия имела административную власть над освобожденной восставшими территорией, творила суд и расправу, ведала распределением имущества, конфискованного у дворян и чиновников. Одним словом, роль коллегии была огромна, она придавала всем действиям восставших государственный характер. Указы и манифесты пугачевцев имели и подписи, и специальные печати из меди или серебра.
Осада Оренбурга продолжалась: все туже, все крепче стягивалось кольцо вокруг крепости. Разбитый генерал В. А. Кар бежал в Казань, затем быстро появился в Москве. Российское дворянство было в панике. Тревога докатилась и до Петербурга. Екатерина II была вынуждена убедиться, что это не столь уж «глупая казацкая история», а грозная все возрастающая сила.
Крестьянская война. Восстание постепенно перерастало в крестьянскую войну, захватывая все новые и новые территории. Эмиссары Пугачева, его ближайшие сподвижники были посланы в разные края для организации новых полков и расширения сферы действий. В декабре 1773 г. И. Зарубин-Чика направился на уральские заводы для организации литья пушек, а потом двинулся на штурм г. Уфы. Придя под Уфу с 4 тыс. человек, уже через 10 дней он имел в своих отрядах свыше 10 тыс. воинов. Все штурмы были отбиты, 12-тысячная армия Зарубина не сумела взять Уфу с ее гораздо менее многочисленным гарнизо-' ном. Разгадка этой неудачи проста — у восставших не было современного оружия. Подавляющее большинство имело лишь луки и стрелы, но против пушек и ружей это было слишком слабым средством. Уфа подвергалась, как и Оренбург, осаде вплоть до марта 1774 г.