Hun havde dog fire børn i alt:
* Paul I (1754-1801):Han efterfulgte sin mor som kejser af Rusland.
* Maria (1759-1776):Hun døde som 17-årig.
* Elizabeth (1762):Hun døde kort efter fødslen.
* En dødfødt søn (1773)
Der er mange teorier og rygter om Catherines forhold og hendes børns faderskab. Det er dog almindeligt accepteret, at Paul I var søn af Peter III, selvom der var betydelige spændinger mellem mor og søn.