Тяжелая болезнь заставила Пугачева покинуть в 1771 году действующую армию и вернуться домой. В этом же году он был арестован за помощь в побеге родной сестры с мужем на Терек, но на третью ночь после ареста бежал. В январе 1772 года Пугачев перебрался на Терек, где был приписали к станице Ищорской. Через некоторое время он был послан в Петербург в Военную коллегию с ходатайством о прибавке жалованья и провианта, но, не доехав до Петербурга, снова был арестован. Подговорив караульного солдата Лаптева, Пугачев вместе с ним в ночь на 14 февраля бежал из-под ареста. Он снова вернулся в родные края, но был там опять арестован и отправлен в Черкасск. По дороге казак Лукьян Худяков, участвовавший вместе с Пугачевым в Семилетней войне, вызволил его из-под стражи и помог скрыться.

Пугачев бежал на Украину к тамошним старообрядцам. Там он выяснил, что беглые отсюда переправляются через границу в Польшу, далее идут в слободу Ветку и, малое время побыв там, идут прямо на Добрянский форпост и, сказавшись польскими выходцами, получают на форпосте разрешение селиться, кто где пожелает. Именно здесь, на форпосте, солдат-гвардеец Алексей Семенов сказал Пугачеву, что он «точно как Петр III», а купец Кожевников, к которому Пугачев устроился на заработки, рассказал о недавнем бунте яицких казаков и предложил: «ты возьми на себя это имя, поезжай на Яик, тебя там примут».

22 ноября 1772 года Пугачев приехал в Яик. Он остановился у казака-старовера Дениса Степановича Пьянова, которому поведал о своем намерении увести яицких казаков на Кубань и обещал дать каждому казаку по 12 рублей на переход. Пьянов удивился, но обещал поговорить со стариками. И тут Пугачев решился на очень важный в его жизни шаг. Он сказал Пьянову: «Вот слушай, Денис Степанович, хоть поведаешь ты казакам, хоть не поведаешь, как хочешь, только знай, что я — государь Петр III». Через несколько дней Пьянов сообщил Пугачеву, что старики решили, что сейчас начинать такое дело не время, и что лучше подождать до рождества, когда казаки соберутся на рыбную ловлю.

Между тем, на Пугачева был совершен донос, о его намерениях стало известно властям. Пугачева схватили, били батогами. Закованного в кандалы Пугачева под охраной отправили в Симбирск. Из Симбирска Пугачева доставили 4 января 1773 года в Казань, где он был посажен в острог.

Через некоторое время Пугачеву, как и многим другим узникам, было разрешено выходить под охраной в город собирать милостыню. Вместе с другими арестованными он ходил и на работу на Арское поле.

29 мая 1773 года Пугачев с другим заключенным Дружининым и подговоренным караульным солдатом Мищенко совершили побег. Расставшись со своими попутчиками, Пугачев остановился в селе Сарсасы, где и прожил более двух месяцев.

Слухи о появлении Петра III ходили среди яицких казаков уже давно. Казак Федор Каменщиков (Слудников) по прозвищу «Алтынный глаз» еще задолго до Пугачева разъезжал по Оренбургской губернии и горнозаводским селениям, называя себя «курьером Петра III», которому якобы поручено узнать, «как живет казачество, не притесняется ли начальством, чтобы потом император Петр III рассудил все по правде». Многие беглые солдаты и крепостные крестьяне выступали под именем Петра III. Так, беглый крепостной крестьянин графа Воронцова (село Спасское Саратовского уезда) Федот Богомолов в начале 1772 года объявил себя императором Петром III и пытался поднять восстание среди солдат в легионной команде в Дубовке, но был арестован и отправлен в Царицын. В период следствия (апрель — июнь) Богомолов с помощью караульных связался с донскими казаками, жителями города и солдатами гарнизона.