Утром следующего дня Пугачёв со своими толпами выступили из Белогорской крепости, оставив новым её начальником Швабрина. Маша, чьёй руки Швабрин некогда домогался, оставалась в его власти! Вывезти её из крепости возможности не было: от потрясений с капитанской дочкой ночью сделалась горячка, и она лежала без памяти.

Гринёву оставалось лишь спешить в Оренбург и умолять тамошнее воинское начальство выслать отряд на освобождение Белогорской. По пути его догнал казак с лошадью и овчинным тулупом, которые жаловал ему Пугачёв.Явившись в Оренбург, Гринёв рассказал генералу о том, что случилось в Белогорской, и на военном совете ратовал за решительные действия. Но превозмогло мнение осторожных приверженцев оборонительной тактики. Начальство предпочло отсиживаться за крепкими стенами Оренбурга. Пугачёв вскоре подступил к городу и начал его осаду. Обезумев от горя, Гринёв решил в одиночку ехать к Маше, чтобы спасти её. Преданный Савельич настоял, что последует в путь вместе с ним. Минуя по выезде из Оренбурга слободу, где располагалась ставка Пугачёва, они были захвачены дозором из пяти мужиков с дубинами.

Гринёва привели в избу к Пугачёву, который сразу узнал его. На расспросы Петруша пояснил, что ехал в Белогорскую спасать свою невесту, которую там обижает Швабрин. В припадке великодушия Пугачёв сказал, что завтра же поедет в Белогорскую вместе с Гринёвым и сам женит его на Маше.

Наутро они выехали. Гринёв, сидя с Пугачёвым в одной кибитке, уговаривал его прекратить безнадёжный бунт. Бунтовской вождь в ответ рассказал сказку о вороне, который пробавляется падалью и живёт 300 лет, и орле, умирающем в 33 года, но зато пьющем свежую кровь.В Белогорской крепости Швабрин поначалу не хотел отдавать Машу, но под угрозами Пугачёва поневоле уступил. Оказалось, что он держал Машу взаперти, кормя её лишь хлебом и водой.

Пугачёв позволил Гринёву и капитанской дочке ехать, куда они сами пожелают. На следующий день их кибитка покинула Белогорскую.Невдалеке от крепости кибитку остановили правительственные солдаты, прибывшие на усмирение пугачёвского бунта. Начальником этой части был Иван Зурин, который некогда обыграл Гринёва в симбирском трактире и теперь узнал его. Петруша присоединился к его части в качестве офицера, а Машу отправил с Савельичем в поместье своих родителей.

Восстание Пугачёва вскоре было подавлено. Гринёв с радостью ждал дня, когда ему будет позволено ехать в родное имение, к отцу, матери и Маше. Но Зурину вдруг пришёл приказ арестовать Гринёва и отправить его в Казань – в Следственную комиссию по делу Пугачева.Свидетелем против Гринёва выступил схваченный при усмирении мятежа Швабрин. Он утверждал, что Петруша был тайным агентом Пугачёва и передавал тому сведения о состоянии осаждённого Оренбурга. Гринёв был признан виновным и приговорён к смертной казни, которую государыня Екатерина II заменила вечной ссылкой в Сибирь.

Получив известие об этом, самоотверженная Маша поехала в Петербург просить своему суженому милосердия. Поселившись у Царского Села, она во время утренней прогулки по саду встретила саму Екатерину II и рассказала ей подробности истории своей семьи и Гринёва. Императрица повелела полностью оправдать невинного офицера. Гринёв сочетался с капитанской дочкой браком, и их потомство долго благоденствовало в Симбирской губернии.