Жители встречают пугачевцев хлебом и солью. Пленных, среди которых был и Гринев, ведут на площадь присягать Пугачеву. Первым на виселице гибнет комендант, отказавшийся присягнуть «вору и самозванцу». Под ударом сабли падает мертвой Василиса Егоровна. Смерть на виселице ждет и Гринева, но Пугачев милует его. Чуть позже от Савельича Гринев узнает «причину пощады» — атаман разбойников оказался тем бродягой, который получил от него, Гринева, заячий тулуп. Вечером Гринев приглашен к «великому государю». «Я помиловал тебя за твою добродетель, — говорит Пугачев Гриневу, — Обещаешься ли служить мне с усердием?»
Но Гринев — «природный дворянин» и «присягал государыне императрице». Он даже не может обещать Пугачеву не служить против него. «Голова моя в твоей власти, — говорит он Пугачеву, — отпустишь меня — спасибо, казнишь — Бог тебе судья». Искренность Гринева поражает Пугачева, и тот отпускает офицера «на все четыре стороны». Гринев решает ехать в Оренбург за помощью — ведь в крепости в сильной горячке осталась Маша, которую попадья выдала за свою племянницу. Особенно его беспокоит, что комендантом крепости назначен Швабрин, присягнувший Пугачеву на верность.
Но в Оренбурге Гриневу в помощи отказано, а через несколько дней войска мятежников окружают город. Потянулись долгие дни осады. Вскоре случаем в руки Гринева попадает письмо от Маши, из которого он узнает, что Швабрин принуждает ее выйти за него замуж, угрожая в противном случае выдать ее пугачевцам. Вновь Гринев обращается за помощью к военному коменданту, и вновь получает отказ. Гринев с Савельичем выезжают в Белогорскую крепость, но у Бердской слободы они схвачены мятежниками.
И снова провидение сводит Гринева и Пугачева, давая офицеру случай исполнить свое намерение: узнав от Гринева суть дела, по которому тот едет в Белогорскую крепость, Пугачев сам решает освободить сироту и наказать обидчика. По дороге в крепость между Пугачевым и Гриневым происходит доверительный разговор. Пугачев отчетливо осознает свою обреченность, ожидая предательства прежде всего со стороны своих товарищей, знает он, что и «милости государыни» ему не ждать. Для Пугачева, как для орла из калмыцкой сказки, которую он с «диким вдохновением» рассказывает Гриневу, «чем триста лет питаться падалью, лучше раз напиться живой кровью; а там что Бог даст!». Гринев делает из сказки иной нравственный вывод, чем удивляет Пугачева: «Жить убийством и разбоем значит по мне клевать мертвечину». В Белогорской крепости Гринев с помощью Пугачева освобождает Машу. И хотя взбешенный Швабрин раскрывает перед Пугачевым обман, тот полон великодушия: «Казнить, так казнить, жаловать, так жаловать: таков мой обычай».
Гринев и Пугачев расстаются «дружески». Машу в качестве невесты Гринев отправляет к своим родителям, а сам по «долгу чести» остается в армии. Война «с разбойниками и дикарями» «скучна и мелочна». Наблюдения Гринева исполнены горечи: «Не приведи Бог видеть русский бунт, бессмысленный и беспощадный». Окончание военной кампании совпадает с арестом Гринева.
Представ перед судом, он спокоен в своей уверенности, что может оправдаться, но его оговаривает Швабрин, выставляя Гринева шпионом, отряженным от Пугачева в Оренбург. Гринев осужден, его ждет позор, ссылка в Сибирь на вечное поселение. От позора и ссылки Гринева спасает Маша, которая едет к царице «просить милости». Прогуливаясь по саду Царского Села, Маша повстречала даму средних лет. В этой даме все «невольно привлекало сердце и внушало доверенность». Узнав, кто такая Маша, она предложила свою помощь, и Маша искренне поведала даме всю историю. Дама оказалась императрицей, которая помиловала Гринева так же, как Пугачев в свое время помиловал и Машу, и Гринева.
