Imidlertid hadde hun fire barn totalt:
* Paul I (1754-1801):Han etterfulgte sin mor som keiser av Russland.
* Maria (1759-1776):Hun døde i en alder av 17 år.
* Elizabeth (1762):Hun døde kort tid etter fødselen.
* En dødfødt sønn (1773)
Det er mange teorier og rykter om Catherines forhold og farskapet til barna hennes. Imidlertid er det allment akseptert at Paul I var sønn av Peter III, selv om det var betydelig spenning mellom mor og sønn.