А в это время в Петергофе обнаружили исчезновение Екатерины. Часовой, видевший, как две женщины рано утром вышли из парка, ничего другого сказать не мог, и тогда двое слуг отправились в Ораниенбаум, чтобы сообщить императору о случившемся. Как только они вышли на дорогу, навстречу им попался ехавший верхом Гудович, и слуги обо всем ему рассказали. Гудович помчался обратно, навстречу императору, остановил его карету и рассказал об исчезновении Екатерины.
Петр тут же высадил из экипажей дам, приказал им идти в Ораниенбаум, а сам погнал карету со всей возможной скоростью в Петергоф. Подкатив к павильону, где жила Екатерина, он бросился в ее спальню, открыл шкафы, заглянул под кровать и стал зачем-то тыкать шпагой в панели и потолок.
Через некоторое время прибежала Елизавета Воронцова и с нею вместе дамы, ослушавшиеся приказа и побежавшие вслед за ним в Петергоф, а вскоре появился и посланец Брессана с запиской, где говорилось о произошедшем в Петербурге государственном перевороте.
Петр послал к Екатерине канцлера Воронцова, надеясь, что тот сумеет убедить ее в безнадежности и преступности затеянного ею предприятия, а сам стал диктовать манифесты и приказы, коими надеялся поправить положение. Он приказал голштинцам выступить с артиллерией навстречу мятежникам, послал в Петербург за своим кавалерийским полком, разослал гусарские пикеты по окрестным дорогам, чтобы задержать и перевести на свою сторону движущиеся войска, и отправил в соседний Кронштадт полковника Неелова, приказав ему направить оттуда в Петергоф три тысячи солдат с боеприпасами и продовольствием на пять дней. Сам же, сняв прусский мундир, надел российскую форму и сменил прусский орден Черного орла на ленту и знаки Андрея Первозванного.
Однако находившийся рядом с ним Миних убедил Петра III не начинать военных действий, ибо силы неравны и сражение, если только оно начнется, непременно будет им проиграно. Взамен Миних предложил отправиться в Кронштадт, и Петр согласился, тем более что у него было под рукой много денег и в случае опасности он мог беспрепятственно уйти из Кронштадта в Германию вместе с Елизаветой Воронцовой и верными друзьями и слугами.
Петр тотчас же велел своему адъютанту Антону де Виейре — сыну того самого Эммануила де Виейры, который прославился интригами и доносами в предыдущие царствования, отправиться вместе с флигель-адъютантом князем Барятинским в Кронштадт и отменить приказ, данный час назад Неелову. Едва де Виейра и Барятинский отошли от причала, как Петру сообщили, что в Петергоф с минуты на минуту войдут верные ему голштинцы. Воспылав новой надеждой, Петр тут же переменил решение и стал осматривать местность, задумав оборонять Ораниенбаум. Но вдруг, около 8 часов вечера, к Петру примчался один из его адъютантов и сказал, что к Петергофу подходит армия Екатерины. При этом известии Петр и бывшие при нем придворные бросились к стоявшим наготове яхте и галере, которые тотчас же пошли в близкий, хорошо видный невооруженным глазом Кронштадт.