Měla však čtyři děti celkem:
* Pavel I (1754-1801):Následoval svou matku jako císař Ruska.
* Maria (1759-1776):Zemřela ve věku 17 let.
* Elizabeth (1762):Zemřela krátce po narození.
* Mrtvě narozený syn (1773)
Existuje mnoho teorií a pověstí o Catherininých vztazích a otcovství jejích dětí. Nicméně je široce přijímáno, že Pavel I. byl synem Petra III., ačkoli mezi matkou a synem bylo značné napětí.