После смерти отца в 1739 году одиннадцатилетний сирота оказался на попечении обер-гофмаршала Брюммера и обер-камергера Берхгольца, автора знаменитого «Дневника», который он аккуратно вел, находясь в свите герцога голштинского во время пребывания последнего в России. Брюммер отличался невежеством, грубостью, жестокостью и варварским отношением к воспитаннику: он морил его голодом, истязал и унижал. Одна лишь фраза исчерпывающе характеризует его педагогические способности: «Я вас так велю сечь, что собаки кровь лизать будут; как бы я был рад, если бы вы сейчас же подохли».

Совершенно очевидно, что при подобных педагогах Карл Петр не мог получить ни должного воспитания, ни образования. С малых лет наследный принц так пристрастился к муштре и ружейным приемам, что, по свидетельству Якова Штелина, ни о чем другом не хотел и слышать. Сколь сильно он был поглощен военными забавами, видно из следующего факта: когда на девятом году жизни он из унтер-офицеров был произведен в секунд-лейтенанты, то от радости лишился аппетита. При этом мальчик часто и подолгу хворал и рос хилым и болезненным.

После смерти Анны Ивановны кильский двор потерял всякую надежду на русский престол, и Карла Петра стали усиленно готовить к королевскому трону в Швеции — его обучали шведскому языку и воспитывали в лютеранских традициях. Воцарение Елизаветы Петровны кардинально изменило ситуацию. Став императрицей, она сразу же послала в Киль за Петром барона Николая Фридриха Корфа. Елизавета действовала столь энергично и оперативно не только потому, что голштинский герцог являлся единственным продолжателем рода Петра Великого. Карл Петр вполне мог стать шведским королем, и еще не укрепившаяся на троне Елизавета рисковала подвергнуться шантажу со стороны Стокгольма. О нетерпении, с которым императрица ожидала прибытия в Петербург кильского ребенка, известно из двух писем, отправленных ею будущему наследнику в момент, когда тот еще был в пути. Елизавета поручила «объявить мое особливое желание, сколько я с беспокойством дожидаться приезду вашего княжеского высочества принуждена». Императрица не лукавила — ее действительно пугала перспектива похищения племянника, поэтому Корфу было велено везти его тайно, не заезжая в Берлин.

Наконец, в январе 1742 года отрок прибыл в Петербург. Императрица на радостях отслужила благодарственный молебен. Приехавший племянник оставил не самое благоприятное впечатление — выглядел бледным и болезненным. Тетушку (как известно, не отличавшуюся образованностью) поразила крайне слабая подготовка четырнадцатилетнего Карла Петра по части элементарных знаний.

Императрица сразу же определила к нему учителей русского языка и Закона Божьего. 17 ноября 1742 года он принял православие и в крещении был наречен Петром Федоровичем. Заботу о его образовании Елизавета возложила на академика Якова Яковлевича Штелина. Екатерина II, наблюдавшая за тем, как Штелин учил своего воспитанника, назвала того «шутом гороховым». Пожалуй, она была права, ибо академик вместо того, чтобы внушать подопечному мысль о необходимости обязательного усвоения ученых мудростей, просто приспосабливался к его капризам. По собственному признанию, Штелин обучал отрока следующим образом: «Когда принц не имел охоты сидеть, он ходил с ним по комнате взад-вперед и занимал его разговорами». Программа обучения отличалась странным своеобразием: Штелин видел главную задачу не в систематическом усвоении знаний, достигаемом упорным трудом, а в облегченном и поверхностном знакомстве ученика с оказавшимся под руками иллюстративным материалом. «Стараясь извлечь пользу, — доносил академик императрице о результатах своего педагогического усердия, — из каждого случая: например, на охоте просматривали книги об охоте с картинками… при кукольных машинах объяснен механизм и все уловки фокусников; при пожаре показаны все орудия и их композиции».