Бунтівники з'являються несподівано - Миронови навіть не встигли відправити Машу до Оренбурга. При першому ж приступі фортеця взята.Жителі зустрічають пугачовців хлібом і сіллю. Полонених, серед яких був і Гриньов, ведуть на площу присягати Пугачову. Першим на шибениці гине комендант, який відмовився присягнути «злодієві і самозванцю». Під ударом шаблі падає мертвої Василиса Єгорівна. Смерть на шибениці чекає і Гриньова, але Пугачов милує її. Трохи пізніше від Савельіча Гриньов дізнається «причину пощади» - отаман розбійників виявився тим волоцюгою, який отримав від нього, Гриньова, заячий кожух.

Увечері Гриньов запрошений до «великого государя». «Я помилував тебе за твою чесноту, - говорить Пугачов Гриньова, - [...] Чи обіцяєте служити мені з ретельністю?» Але Гриньов - «природний дворянин» і «присягав государині імператриці». Він навіть не може обіцяти Пугачову не служити проти нього.«Голова моя в твоїй владі, - говорить він Пугачову, - відпустиш мене - спасибі, стратиш - Бог тобі суддя».

Щирість Гриньова вражає Пугачова, і той відпускає офіцера «на всі чотири сторони». Гриньов вирішує їхати до Оренбурга за допомогою - адже у фортеці в сильній гарячці залишилася Маша, яку попадя видала за свою племінницю. Особливо його турбує, що комендантом фортеці призначений Швабрін, що присягнув Пугачову на вірність.

Але в Оренбурзі Гриньова в допомозі відмовлено, а через кілька днів війська заколотників оточують місто. Потяглися довгі дні облоги. Незабаром випадком в руки Гриньова потрапляє лист від Маші, з якого він дізнається, що Швабрін примушує її вийти за нього заміж, погрожуючи в іншому випадку видати її пугачовців. Знову Гриньов звертається за допомогою до військового коменданта, і знову отримує відмову.

Гриньов з Савельічем виїжджають в Білогірську фортеця, але у Бердської слободи вони схоплені бунтівниками. І знову провидіння зводить Гриньова і Пугачова, даючи офіцеру випадок виконати свій намір: дізнавшись від Гриньова суть справи, за якою той їде в Білогірську фортеця, Пугачов сам вирішує звільнити сироту і покарати кривдника.

По дорозі до фортеці між Пугачовим і Гриньовим відбувається довірлива розмова. Пугачов чітко усвідомлює свою приреченість, очікуючи зради перш за все з боку своїх товаришів, знає він, що і «милості государині» йому не чекати. Для Пугачова, як для орла з калмицької казки, яку він із «диким натхненням» розповідає Гриньова, «ніж триста років харчуватися падаллю, краще раз напитися живої кров'ю, а там що Бог дасть!». Гриньов робить з казки інший моральний висновок, чим дивує Пугачова: «Жити вбивством і розбоєм значить на мене клювати падло».

У Білогірської фортеці Гриньов за допомогою Пугачова звільняє Машу. І хоча оскаженілий Швабрін розкриває перед Пугачовим обман, той сповнений великодушності: «Стратити, так стратити, жалувати, так шанувати: такий мій звичай». Гриньов і Пугачов розлучаються «дружньо».

Машу в якості нареченої Гриньов відправляє до своїх батьків, а сам по «обов'язку честі» залишається в армії. Війна «з розбійниками і дикунами» «нудна і дріб'язкова». Спостереження Гриньова виконані гіркоти: «Не приведи Бог бачити російський бунт, безглуздий і нещадний».

Закінчення військової кампанії збігається з арештом Гриньова. Поставши перед судом, він спокійний у своїй впевненості, що може виправдатися, але його обумовлює Швабрін, виставляючи Гриньова шпигуном, отряженним від Пугачова до Оренбурга. Гриньов засуджений, його чекає ганьба, заслання до Сибіру на вічне поселення.

Від ганьби і посилання Гриньова рятує Маша, яка їде до цариці «просити милості». Прогулюючись по саду Царського Села, Маша зустріла даму середніх років. У цій пані все «мимоволі приваблювало серце і вселяло доручення». Дізнавшись, хто така Маша, вона запропонувала свою допомогу, і Маша щиро розповіла пані всю історію. Дама виявилася імператрицею, яка помилувала Гриньова так само, як Пугачов свого часу помилував і Машу, і Гриньова.