В семнадцать лет Екатерина Михайловна окончила институт. Получая скромную пенсию, она поселилась у старшего брата Михаила, женатого на прелестной неаполитанке, маркизе Черче Маджиоре. Зимой они занимали квартиру на Бассейной, а летом жили в очень скромном доме в Петергофе. Однажды весной, когда Екатерина в сопровождении горничной шла по Летнему саду, она встретила императора, совершавшего обычную прогулку с одним из адъютантов. Государь подошел к ней и, не обращая внимания на прохожих, наблюдавших за ними, увлек ее в одну из отдаленных аллей. После этого они встречались довольно часто в Летнем саду, в извилистых аллеях Елагина острова или под тенью векового леса в окрестностях Петергофа. Об этой связи скоро стало известно в петербургских салонах. Однако открыто обсуждать интимную жизнь царя было небезопасно, так как третье отделение тайной канцелярии, управляемое графом Шуваловым, повсюду имело уши.
Между тем, частая беременность супруги императора Марии Александровны (при вступлении на престол в 1855 г. у них было уже пятеро детей) расстроила ее и без того хрупкое здоровье. Вынужденная, по настоянию врачей, вести замкнутый образ жизни, императрица вскоре заметила, что Александр охладел к ней. Гордая и замкнутая, она страдала молча, сохраняя в душе признательность к тому, кто посвятил ей свою первую любовь и сделал ее, скромную принцессу, российской императрицей.
Осенью 1872 г. Екатерина Михайловна сообщила императору, что она беременна. Александр был потрясен этим известием. Его беспокоило сознание того, что положение Екатерины Михайловны послужит поводом для разного рода сплетен, перешептываний за его спиной. Кроме того, ему казалось, что материнство грозило Екатерине смертельной опасностью. Но все обошлось прекрасно. Беременность проходила без осложнений, внешний вид Екатерины Михайловны так мало изменился, что даже невестка ее, в доме которой она жила, не замечала ее положения.
В обществе строго осуждали поведение императора. Если раньше на эту романтическую связь смотрели сквозь пальцы, то теперь невозможность продолжать ее игнорировать приводила в негодование. Всех возмущала и большая разница в возрасте возлюбленных, и неспособность государя быть господином своих страстей. Слабое здоровье императрицы вызывало беспокойные мысли: сегодняшняя любовница могла вскоре стать законной супругой императора, и, кто знает, не будет ли она претендовать на еще более высокую роль? Общее недовольство усилилось к концу 1873 г., когда фаворитка государя родила второго ребенка, девочку, которую назвали Ольгой.