下午3點，就在三位使者離開彼得霍夫宮後，彼得第一次得到了有關叛亂的概略通報。一艘駁船穿過聖彼得堡的港灣，送來了命名日慶祝會當晚要用的焰火。這艘船由一名擅長於焰火表演的中尉指揮，他告訴彼得當天早上9點，當他從聖彼得堡出發的時候兵營裡和大街上非常喧鬧，因為人們傳言說葉卡捷琳娜回到了城裡，部分軍隊已經接受了這位女皇。這名中尉知道的也只有這麼多，由於奉命運送焰火到彼得霍夫宮，所以當時他只得離開聖彼得堡了。這天下午，彼得霍夫宮溫暖明媚，在萬里無雲的夏日晴空下，只有少數幾位賓客繼續待在坡地上，任由身旁的噴泉水花四濺，要不就在花園裡溜達著。

彼得與幾位重臣待在主河道附近，彼得來來回回地踱著步，聽大臣們為他出謀劃策。他們派了一位軍官回到奧拉寧巴姆宮，讓荷爾斯泰因軍團趕往彼得霍夫宮，彼得宣稱將誓死捍衛自己的地位。來到彼得霍夫宮後，荷爾斯泰因士兵就被安排守備在通往首都的必經之路上，然而出發時他們不清楚接下來有可能會參加戰鬥，所以隨身只帶著操練用的木頭槍。一位軍官被派往海灣五英里之外的喀琅施塔德海軍基地，號令駐守在島上堡壘的三千名軍人乘船趕到彼得霍夫宮。

有人找來了一套普列奧布拉任斯基近衛軍的制服，好讓彼得換下身上的普魯士軍裝。老戰士慕尼赫花了一番力氣在彼得的衣服裡塞了一些鐵片，並催他趕緊換上近衛軍的制服，然後直接返回首都，在臣民與近衛軍面前亮亮相，讓他們記得自己曾經對他發過效忠的誓言。戈爾茨提出了另外一套方案，他建議彼得先趕到往西七十里外的納爾瓦，派往丹麥的部分軍隊都集結在那裡，彼得可以率領著那股力量前往聖彼得堡，以奪回皇位。最瞭解主子脾氣的荷爾斯泰因士兵直言不諱地建議彼得索性逃回公國，到了那裡就安全了。彼得卻沒有采取任何行動。

與此同時，被派往喀琅施塔德海軍基地的那名軍官已經趕到了島上，他發現駐防指揮官對聖彼得堡發生的動亂與彼得霍夫宮的騷動毫不知情。很快，彼得派出來的另一位信使也趕到了這裡，取消了之前彼得所下的命令，三千名軍人無須前往彼得霍夫宮。傳令兵告訴指揮官他只需要代表皇帝把守住島上的堡壘即可，隨後傳令兵趕回彼得霍夫宮，向皇帝報告說駐防部隊為他守住了堡壘。沒過多久，當天上午已經向葉卡捷琳娜宣誓效忠的俄國海軍最高指揮官、海軍上將伊凡·塔萊辛也從聖彼得堡來到了喀琅施塔德，並以剛剛登基的女皇之名接管了堡壘。

島上的守備部隊與港口泊船上的海軍遂紛紛表示效忠於葉卡捷琳娜。當晚10點，彼得最後派出的信使從喀琅施塔德回來了。傳令兵自以為給皇帝帶來了好訊息，即守備部隊為皇帝把守住了島上堡壘，然而到了這個時候他帶來的喜訊其實已經化為泡影。就在這位傳令兵離開的六個小時裡，彼得霍夫宮裡的局勢徹底惡化了。

彼得的隨從們漫無目標地在宮裡四處晃盪著，要不就直挺挺地躺在花園裡的長椅上，荷爾斯泰因士兵精力旺盛，可是卻手無寸鐵，儘管如此他們還是接到命令，必須“擊退來犯者”。在得知喀琅施塔德仍舊安全無恙時，彼得決定立即移駕島上。一艘拋錨在岸邊的單層甲板大帆船開到了碼頭，彼得帶著不少軍官上了船。他不願意拋下伊麗莎白·沃倫佐娃，而且還執意帶上她那十六名慌亂的女侍臣。

白夜節期間的海灣裡銀光粼粼，能見度不亞於白天。風隨人願，大約凌晨1點，擁擠不堪的帆船駛到了喀琅施塔德港。入口處被一扇水柵給封鎖住了，彼得乘坐的船隻只好在護城牆外拋錨，然後彼得換乘上一艘小船，去堡壘命人開啟水柵。守在城牆上的年輕軍官喝令城下的小船趕緊離開這裡，否則就要開槍。彼得站起身，一把扯去身上的斗篷，亮出自己的軍裝與聖安德魯勳章寬大的綬帶。“認不得我麼？”他嚷嚷道，“我是你們的皇帝！”“我們已經沒有皇帝了！女皇葉卡捷琳娜二世萬歲！現在她是我們的女皇，我們接到命令，不得放任何人進入堡壘。再往前一步，我們便立即開火！”對方回答道。

驚恐萬分的彼得急匆匆地回到大船跟前，手忙腳亂地爬上甲板後便衝進艉艙，一頭撲倒在伊麗莎白·沃倫佐娃的懷抱裡。慕尼赫接管了大船，下令立即掉頭駛回大陸。凌晨4點，船回到了奧拉寧巴姆宮，慕尼赫以為與彼得霍夫宮相比這裡尚算得是安全之地。下船後，彼得便得知女皇已經率領著大股部隊向這裡趕來，他立即徹底放棄了抗爭的念頭。將所有的人打發走後，他淚水漣漣地讓戈爾茨男爵也返回聖彼得堡，他再也無力保護男爵了。他還讓馬車儘量把女士們也都送走，但是伊麗莎白·沃倫佐娃執意留下來陪伴他。彼得躺在沙發椅上，不願向任何人開口。

稍後，他又坐起身，派人拿來筆墨，用法文給葉卡捷琳娜寫了一封信。在信中他為自己曾經的行為向葉卡捷琳娜致以歉意，承諾日後會改善自己對妻子的態度，並主動提議讓妻子與自己共同執政。彼得委託副總理大臣亞歷山大·戈利岑親王把信轉交給自己的妻子。清晨5點，距離阿列克謝·奧洛夫在逍遙津叫醒葉卡捷琳娜，隨後二人返回首都，時間已經過去了整整一天。在趕往彼得霍夫宮的路上，戈利岑親王與葉卡捷琳娜相遇了，他將彼得的信交給了女皇。

看到自己取得的勝利已經遠遠超出了彼得在信中做出的讓步，葉卡捷琳娜說依照目前的形勢來看，為了國家的福祉應該採取其他一些措施，她對彼得的請求不予迴應。聽完葉卡捷琳娜的這番話，戈利岑立即宣誓效忠於女皇。空等一場之後，彼得再次提筆寫了一封信。在第二封信中，他提出只要葉卡捷琳娜能答應他攜伊麗莎白·沃倫佐娃一起返回荷爾斯泰因，那他就放棄皇位。葉卡捷琳娜對彼得第二次派來的信使伊茲邁洛夫將軍說：“我接受提議，但我必須得到退位的書面宣告。”

伊茲邁洛夫將葉卡捷琳娜的要求回稟了彼得。看到絕望的皇帝坐在那裡，雙手託著自己的腦袋，將軍便說：“您瞧，女皇對您很友好，如果您能屈尊放棄皇位，那您或許還可以毫髮無傷地回到荷爾斯泰因。”彼得在退位宣告上寫下自己的名字，接受了宣告上一切卑微的條件。他宣佈對於統治期間國家出現的衰退自己負有全責，自己毫無治理國家的能力。“我，彼得，完全出於自願，不僅向俄羅斯帝國，而且向全世界莊嚴宣佈在有生之年永遠放棄俄國皇位。在任何時候，無論何人提供支援，我都永不謀求復位。上帝作證，即日我立下如此誓言。”彼得三世為期六個月的統治結束了。多年後，腓特烈大帝曾提及此事：“他就像一個被打發去睡覺的孩子一樣接受了被罷黜的命運。”