Крепость Рассыпная была основана несколько позднее, чем Илецкий казачий городок. В год начала восстания в крепости Рассыпной насчитывалось уже 70 дворов. Поселенцев сюда привлекали богатые рыбой озера, обильные покосы и удобные места для хлебопашества. Судя по описаниям в документах, крепость имела четырехугольную форму, была окопана рвом, укреплена земляным валом с построенным на нем деревянным забором. В валу и деревянной стене были проделаны двое ворот, а через ров против ворот перекинуты два деревянных моста. Внутри крепости находился дом коменданта, военная кладовая, деревянная церквушка и дома жителей крепости. На вооружении крепость имела несколько старинных чугунных пушек. Гарнизон состоял из пятидесяти оренбургских казаков и роты солдат под командованием коменданта крепости секунд-майора Ивана Веловского. Кроме того, 25 сентября им на помощь из Нижнеозерной крепости отправились рота пехоты и сотня казаков во главе с капитаном Петром Суриным. Однако удача в то время явно была на стороне Пугачева. Сурин со своим отрядом на помощь Рассыпной не успел.
24 сентября 1773 года отряд Пугачева вышел из Илецкого городка и, не доходя до Рассыпной крепости, в нескольких километрах от нее, расположился на ночлег у речки Заживной. Утром 25 сентября повстанцы показались в виду крепости. Они отправили в крепость двух казаков с указом Е. Пугачева, в котором говорилось, что за переход на сторону восставших казаки будут жалованы «вечною вольностию, реками, морями, всеми выгодами, жалованьем, провиантом, порохом, свинцом, чинами и честью».
Обращение о сдаче и переходе на сторону восставших комендант крепости Веловский отверг. Повстанцы начали штурм. Веловский открыл по осаждавшим пушечный огонь. Повстанцы отвечали из своих орудий, а затем, бросившись в атаку, разбили ворота крепости и ворвались в крепость. Один из современников в своих записях указывает, что казаки во время штурма перешли на сторону повстанцев и разобрали две стены крепости. Через образовавшийся пролом повстанцы ворвались в крепость.
Пугачев в своих показаниях впоследствии вспоминал, что майор Веловский с двумя офицерами заперся в комендантском доме и отстреливался из окошек. Казаки хотели поджечь дом, но он запретил «...затем, чтоб не выжечь всей крепости». За вооруженное сопротивление и за нанесенные потери Веловского и двух офицеров повесили. Казаки крепости и солдаты присягнули на верность «царю Петру III». В тот же день, взяв из крепости пушки, порох и ядра и оставив в Рассыпной нового атамана, отряд повстанцев двинулся вверх по Яику к следующей крепости — Нижнеозерной.
Нижнеозерная была захвачена на следующий же день. На пути к ней Пугачев встретил команду капитана Сурина — ту самую, которую так и не дождался майор Веловский. Команда была окружена и сдалась после того, как повстанцами был застрелен поручик Толбаев, приказавший открыть по ним огонь. Командира, капитана Сурина, пугачевцы казнили, а солдат и казаков включили в свое войско. Что же касается Нижнеозерной крепости, то ее самозванец также «почти без супротивления взял». Здесь, как и в Рассыпной, повстанцам противостояли комендант, премьер-майор Захар Харлов и несколько офицеров. Впрочем, не исключено, что и отдельные солдаты принимали участие в обороне. По крайней мере, на одном из допросов самозванец вспоминал, что видел убитыми «человек десять рядовых». Но большинство солдат никакого сопротивления бунтовщикам не оказало и перешло к Пугачеву, а оренбургские казаки, состоявшие в крепостном гарнизоне, сделали это еще ночью. После взятия крепости тяжелораненый комендант был повешен пугачевцами, других оставшихся в живых защитников также казнили. В Нижнеозерной восставшие тоже не стали задерживаться, а, забрав людей, пушки, ядра «да пороху пять бочек», отправились к Татищевой крепости.