Комендант Яицкого городка подполковник Симонов, услышав о приближении к городу Пугачева, выслал ему навстречу команду из 270 солдат гарнизона и сорока оренбургских казаков под началом секунд-майора Наумова. Они остановились у реки Чаган, к ним присоединились казаки во главе со старшинами Акутиным, Назаровым и Витошновым. Наумов выдвинул навстречу восставшим отряд легких драгун, оренбургских и яицких казаков. В свою очередь Пугачев приказал своему войску «построиться в одну шеренгу и распустить знамена», чтобы враги думали, будто у него «силы много». Также он отправил к приближающемуся врагу посланцев Быкова и Кирпичникова с «царским» указом, который было велено отдать старшине Ивану Акутину «и в кругу вычесть», а самого казачьего старшину «вызвать» к «императору» «для опознания», «ибо... Акутин бывал в Петербурге и государя Петра Третияго видал». Пугачев надеялся, что казаки, выслушав указ, перейдут на его сторону и ему без боя удастся взять город.
Однако этот план сработал лишь отчасти. 18 сентября посланцы появились перед неприятельским отрядом с пугачевским указом и стали призывать казаков поддержать «Петра III». Акутин указ взял, но читать не стал, а отдал начальнику отряда капитану Крылову. Тот приказал схватить посланцев, но этому помешали яицкие казаки, и Быкову с товарищем удалось уйти. Казаки начали переходить на сторону самозванца. По сведениям коменданта Симонова, 18 и 19 сентября к бунтовщикам примкнули 462 казака. Бегство казаков заставило Крылова вернуться к реке. В этот раз войско Пугачева не смогло подойти к Яицкому городку, так как на их пути оставалась довольно внушительная воинская команда, у которой имелась артиллерия. Самозванец отступил и «пошол вверх по Чагану с тем, чтоб перейти оной и начевать, ибо сие происходило уже к вечеру».
В погоню за ними был отправлен казачий отряд во главе со старшиной Андреем Витошновым. Однако вместо того чтобы вступить в бой с бунтовщиками, отряд перешел на их сторону, а находившиеся в его составе «подозрительные» казаки были связаны, на следующий день 11 или 12 из них были повешены. Самого Витошного поначалу тоже связали, но его сразу же освободили, «ибо об нем просило войско». Вскоре он стал при самозванце большим человеком, как и некоторые другие казаки, появившиеся в пугачевском войске 18 сентября, например Дмитрий Лысов, перешедший к бунтовщикам еще под Яицким городком, или Максим Шигаев, находившийся в отряде Витошнова. Среди перебежчиков этого дня следует отметить Андрея Овчинникова и Якова Почиталина (отца Ивана Почиталина), которые также будут играть у пугачевцев не последние роли.
Повстанцы перешли вброд Чаган и остановились на ночлег в урочище Крутицкая Лука. На следующий день, после того как были повешены упомянутые выше 11 или 12 казаков, пугачевцы вновь двинулись к Яицкому городку. Однако и второй приступ к столице Яицкого казачьего войска был неудачен — восставших «прочь отбили пушечными выстрелами». Самозванец был вынужден отступить от городка и пойти «вверх по Яику-реке» в сторону Оренбурга. Уходя от Яицкого городка, повстанцы без сопротивления занимали различные форпосты, а казаки, служившие на них, присоединялись к пугачевцам. Здесь же восставшие обзавелись первыми пушками.
Вечером 19 сентября в урочище Белые Берега самозванец собрал «круг», на котором то ли он назначил, то ли казаки выбрали атамана и «протчих чиновных». Походным атаманом стал Андрей Овчинников, полковником — Дмитрий Лысов. В списке есаулов – имя Андрея Витошнова, а среди сотников — Тимофея Мясникова. Хорунжими помимо прочих стали Иван Зарубин-Чика, Степан Кожевников, Алексей Кочуров. Кроме того, в хорунжие был избран племянник казачьего старшины Мартемьяна Бородина Григорий. Тогда же самозванец приказал пленному сержанту Дмитрию Кальминскому составить присягу на верность императору. Тот написал, а Иван Почиталин прочел всему войску:
«Я, нижеимяннованный, обещаюсь и кленуся всемогущим Богом пред святым его Евангелием в том, что хощу и должен всепресветлейшему державнейшему великому государю императору Петру Федоровичу служить и во всем повиноватца, не щадя живота своего до последней капли крови, в чем да поможет мне Господь Бог всемогущий».
По словам самого Пугачева, казаки, услышав эту присягу, закричали: «Готовы тебе, надежа-государь, служить верою и правдою!»
20 сентября пугачевское войско подошло к Илецкому городку. Городок насчитывал до трехсот домов и был укреплен бревенчатыми стенами, «имел ров и земляную осыпь». Кроме того, в гарнизоне было 12 пушек. Понимая, что сходу его будет трудно взять, Пугачев приказал Кальминскому написать «именной указ» казакам городка, чтобы склонить их на свою сторону. «Петр Федорович» обещал всякого рода выгоды и награды за покорность и жестокие наказания за неповиновение. Он отправил с указом в городок Василия Овчинникова, который отдал его илецкому атаману Лазарю Портнову.
Поначалу атаман не хотел обнародовать указ, однако казаки «принудили» прочесть его «и стали за ним присматривать, чтоб не ушол». Атаман с подручными пытался сломать мост через Яик, по которому должны были пройти пугачевцы, но этому помешали казаки. Уже на следующее утро Андрей Овчинников с небольшим отрядом вошел в городок «и атамана Портнова заарестовал». Илецкий казак Иван Творогов на следствии рассказывал, что Овчинников говорил, что «государь» идет «с великою силою», и убеждал казаков выходить к нему «с хлебом и солью».
В этот же день Пугачев со своим войском под колокольный звон вступил в Илецкий городок. Еще за городом самозванца встретили духовенство с крестами и казаки со знаменами. Мятежники спешились, «царь» подошел к священникам и приложился к кресту, а те целовали ему руку. В городе самозванец первым делом пошел в церковь, где приказал служить молебен за здравие «Петра Федоровича», запретив при этом на ектеньях упоминать имя «жены», Екатерины II. «По отпении молебна» илецкие казаки начали присягать «императору», в то время как сам он отправился на постой в избу казака Ивана Творогова, которого чуть позже он назначил полковником над илецкими казаками. Здесь «царь» и пришедшие к нему местные казаки решили участь атамана Лазаря Портнова. После обеда, по всей видимости, за городом он был повешен, а дом его разорен.
В Илецком городке Пугачев пробыл до 24 сентября. Покидая его, он забрал из крепости порох, свинец, несколько пушек «и к тем взятым пушкам ядры», а также взял с собой казаков «человек с триста», а на место повешенного атамана Портнова назначил илецкого есаула Ивана Жеребятникова; впрочем, через несколько дней он тоже был повешен за измену — посылку своего сына в Оренбург с сообщением о захвате городка пугачевцами. Взятие крепостей Яицкой линии — Рассыпной, Нижнеозерной, Татищевой, Чернореченской, проходило по похожему сценарию, казаки и солдаты переходили к Пугачеву, офицеры дрались до последнего, оставшихся в живых ждала виселица. При этом потери среди восставших были минимальными.
Взятие 27 сентября Татищевой крепости значительно усилило пугачевское войско. Здесь самозванец захватил «немалое число полковой, кабацких и соляных сборов денежной казны, многое число военной амуниции, провианта, соли и вина, да и самую лучшую артиллерию с ее припасами и служителями». Повстанческая армия пополнилась казаками и солдатами гарнизона крепости. По мнению известного ученого Петра Ивановича Рычкова, находившегося в то время в Оренбурге, после захвата Татищевой в пугачевском войске насчитывалось «около 3000 человек».
Дальше Пугачев решил идти на Оренбург. Из Татищевой выступили 29 сентября, а уже на следующий день без боя захватили Чернореченскую крепость, всего лишь в 28 верстах от Оренбурга. Однако восставшие не пошли сразу на столицу губернии, а повернули налево, чтобы окружить ее и «пресечь наперед отвсюду с сим городом коммуникацию». Пугачевцы с легкостью занимали населенные пункты, встречавшиеся на их пути. 1 октября они вошли в Сеитовскую (Каргалинскую) татарскую слободу, 2-го — в Сакмарский городок, а на следующий день — в Пречистенскую крепость. В Сеитовой слободе был составлен указ к мишарям и башкирам с призывом присодиняться к армии «государя», взамен обещалось владение лесами и реками, порохом и солью. Началось активное присоединение к восстанию башкир, татар, калмыков. По разным сведениям на начало октября 1773 года в нем насчитывалось от двух до пяти тысяч человек. Уже 5 октября бунтовщики почти полностью окружили Оренбург.