Miała jednak czwórkę dzieci w sumie:
* Paweł I (1754-1801):Zastąpił swoją matkę na stanowisku cesarza Rosji.
* Maria (1759-1776):Zmarła w wieku 17 lat.
* Elżbieta (1762):Zmarła wkrótce po urodzeniu.
* Martwie urodzony syn (1773)
Istnieje wiele teorii i plotek na temat związków Katarzyny i ojcostwa jej dzieci. Jednak powszechnie przyjmuje się, że Paweł I był synem Piotra III, chociaż między matką a synem istniało znaczne napięcie.