Императрица сразу же определила к нему учителей русского языка и Закона Божьего. 17 ноября 1742 года он принял православие и в крещении был наречен Петром Федоровичем. Заботу о его образовании Елизавета возложила на академика Якова Яковлевича Штелина. Екатерина II, наблюдавшая за тем, как Штелин учил своего воспитанника, назвала того «шутом гороховым». Пожалуй, она была права, ибо академик вместо того, чтобы внушать подопечному мысль о необходимости обязательного усвоения ученых мудростей, просто приспосабливался к его капризам. По собственному признанию, Штелин обучал отрока следующим образом: «Когда принц не имел охоты сидеть, он ходил с ним по комнате взад-вперед и занимал его разговорами». Программа обучения отличалась странным своеобразием: Штелин видел главную задачу не в систематическом усвоении знаний, достигаемом упорным трудом, а в облегченном и поверхностном знакомстве ученика с оказавшимся под руками иллюстративным материалом. «Стараясь извлечь пользу, — доносил академик императрице о результатах своего педагогического усердия, — из каждого случая: например, на охоте просматривали книги об охоте с картинками… при кукольных машинах объяснен механизм и все уловки фокусников; при пожаре показаны все орудия и их композиции». Древняя история России изучалась по монетам, а новейшая — по медалям Петра Великого, выбитым по случаю важнейших событий его царствования. Подобную методику объяснить довольно трудно. Скорее всего, у академика отсутствовали педагогические навыки, а у его ученика — способности. При этом и в Киле, и в Петербурге одним из важнейших достоинств монарха почитали умение танцевать и не жалели ни времени, ни сил на обучение танцам.
Главное внимание в распорядке дня великого князя уделялось развлечениям. На первом месте стояла игра в солдатики — увлечение, завезенное из Киля; затем — забавы, разговоры и шутки с прислугой. В итоге наследник рос не обремененным добродетелями. Он был труслив, скрытен, вспыльчив, капризен. Свою трусость он пытался прикрыть хвастливыми рассказами о якобы совершенных им подвигах. Не обладал он и твердыми религиозными убеждениями и до конца дней своих оставался скорее лютеранином, чем православным. Развитие его как бы замерло на уровне детского самосознания.
В то время как Петр Федорович предавался детским забавам и с грехом пополам постигал начала наук, в мелком немецком Ангальт-Цербстском княжестве подрастала его будущая супруга — София Фредерика Августа, появившаяся на свет 21 апреля 1729 года.
Почему выбор императрицы Елизаветы Петровны пал на дочь безвестного ангальт-цербстского князя Христиана-Августа, добывавшего средства к существованию службой у прусского короля сначала в должности командира полка, затем коменданта Штеттина, затем губернатора? Этому способствовало несколько обстоятельств. Одно из них состояло в привязанности императрицы к голштинскому дому, нежных воспоминаниях о женихе Карле, прибывшем в Петербург, чтобы стать супругом цесаревны, но неожиданно скончавшемся от оспы. Вторая причина носила более серьезный характер: у Елизаветы Петровны был широкий выбор невест для своего племянника, готовившегося стать наследником русского престола, но она остановилась на безвестной принцессе по соображениям, достаточно точно и убедительно обоснованным саксонским резидентом Пецольдом, зорко следившим за событиями придворной жизни в Петербурге. «Нашли самым лучшим, — писал он, — избрать в невесты великому князю такую невесту, которая была бы протестантской религии и хотя она из знатного, но столь малого рода, дабы ни связи, ни свита принцессы не возбуждали особенного внимания или зависти здешнего народа». Следовательно, рассуждала Елизавета Петровна, принцесса, не избалованная роскошью и облагодетельствованная в Петербурге, окажется послушной супругой, лишенной интереса к интригам и вмешательству в большую политику. Наконец, не последнюю роль сыграла и внешность принцессы — на доставленном императрице портрете она выглядела миловидной девушкой.
До тринадцатилетнего возраста, когда София Фредерика Августа вместе с матерью появилась в России, историки располагают о ней скудными сведениями — княжеский род был столь скромным, что о родителях новорожденной, как и об их дочери источников не сохранилось: при дворе не вели камер-фурьерских журналов, а у современников супружеская пара не вызывала интереса, и они не запечатлели их жизнь в воспоминаниях. Известно лишь, что тридцатисемилетний полковник Христиан-Август женился на шестнадцатилетней голштингот-торпской принцессе Иоганне-Елизавете.