Глубокое горе постигло Екатерину и цесаревича 15 апреля 1776 года, когда после пятидневных беспрерывных мучений двадцатилетняя Наталья Алексеевна, здоровая и красивая, скончалась. Погиб и ребенок.

Екатерина почти все время была при невестке, хотя давно переменила о ней мнение, считая ее неприятной, неблагоразумной, расточительной и безалаберной женщиной. Знала Екатерина и о любовной связи невестки с Андреем Разумовским, которому Павел — по доверчивости и душевной простоте — разрешил поселиться в одном дворце с ним и Натальей Алексеевной.

Екатерина уведомила об этом романе Павла, но Наталья Алексеевна сумела уверить мужа, что свекровь ненавидит ее и намеренно распускает ложные слухи, чтобы поссорить их.

Вот что писал об этом любовном треугольнике А. М. Тургенев: «Кто знал, то есть видел хотя издалека блаженной и вечно незабвенной памяти императора Павла, для того весьма будет понятно и вероятно, что дармштадтская принцесса не могла без отвращения смотреть на укоризненное лицеобразие его императорского высочества, вседражайшего супруга своего! Ни описать, ни изобразить уродливости Павла невозможно! Каково же было положение великой княгини в минуты, когда он, пользуясь правом супруга, в восторге блаженства сладострастия обмирал.

Наталья Алексеевна была хитрая, тонкого, проницательного ума, вспыльчивого, настойчивого нрава женщина. Великая княгиня умела обманывать супруга и царедворцев, которые в хитростях и кознях бесу не уступят, но Екатерина скоро проникла в ее хитрость и не ошиблась в догадках своих!»

В заграничных журналах появились сообщения, что Наталья Алексеевна была неправильно сложена и из-за этого не смогла благополучно разрешиться от бремени.

Однако против такого утверждения решительно выступил русский посланник при германском сейме барон Ассебург. Три года назад он вел переговоры о браке Павла и принцессы Вильгельмины и, прежде чем состоялась помолвка, собрал подробные, хорошо проверенные сведения о состоянии здоровья невесты. Все врачи и придворные герцога Дармштадтского уверили барона в прекрасном ее здоровье А то, что она была хорошо сложена, не требовало никаких доказательств — довольно было только взглянуть на нее.

Злые языки говорили, что смерть Натальи Алексеевны была подстроена, чтобы избавиться от опасной претендентки на русский трон. Великая княгиня, как утверждали ее недоброхоты, не только вступила в любовную переписку и связь с графом А К. Разумовским, но даже задумывалась совершить вместе с ним государственный переворот. Князь Вальдек — канцлер Австрийской империи, хорошо осведомленный в династийных немецких делах, — говорил родственнику Екатерины принцу Ангальт-Бернбургскому: «Если эта (то есть Наталья Алексеевна) не устроила переворота, то никто его не сделает».

Английский посланник Джемс Гаррис писал о Наталье Алексеевне канцлеру Англии графу Суффолку, что, вступив в брак, принцесса Гессен-Дармштадтская легко нашла секрет управлять цесаревичем Павлом, а сама в свою очередь была под влиянием своего любовника Андрея Разумовского. «Эта молодая принцесса, — писал Гаррис, — была горда и решительна, и если бы смерть не остановила ее, в течение ее жизни, наверное, возникла бы борьба между свекровью и невесткой».

Утверждали, что Екатерина, как только Наталья Алексеевна скончалась, немедленно обыскала ее кабинет, нашла там письма Разумовского и забрала их себе.

Павел очень любил Наталью Алексеевну и бесконечно страдал из-за ее смерти, едва не лишившись рассудка.

То ли для того, чтобы положить конец его переживаниям, то ли по иной причине, но Екатерина велела прислать безутешному сыну связку писем, найденную в тайном ящике письменного стола Натальи Алексеевны. Прочитав письма, Павел совершенно ясно осознал, что между Разумовским и его покойной женой существовала прочная любовная связь и что отцом ребенка, из-за которого она умерла, вполне мог быть Разумовский.