В начале октября Хлопуша появился в ставке Пугачева под Оренбургом. «Посол» генерала Рейнсдорпа сразу же отправился к «Петру III». В ставке Пугачева находился старый знакомый Хлопуши, казак Максим Шигаев, который рассказал о нем Пугачеву. Хлопуша объяснил, с каким заданием он послан из Оренбурга, и отдал «прокламации» Рейнсдорпа «Петру III». Его долго допрашивали, справедливо сомневаясь в истинных намерениях посланца оренбургской администрации. Но Хлопуша неоднократно заявлял, что хочет послужить «Петру III», ибо, как он показал на следствии, слышал «от всех, здесь (в Берде — Ю. Л.) пребывающих, что Пугачев — подлинно государь», а посему «почел его за государя и рассудил служить ему верно».
Пугачев оценил стремление Хлопуши, и поручил ему первое задание. Он получил приказ ехать на Авзяно-Петровские заводы и наладить там производство пушек, в которых остро нуждалось войско «Петра III». Одновременно был составлен указ Пугачева к работным людям на заводах. В документе говорилось: «Исправьте вы мне, великому государю, два мортила (мортиры) и з бомбами, и в скором поспешением ко мне представте». Путь Хлопуши проходил через заводы Южного Урала, где работные люди с большим энтузиазмом встречали посланца Пугачева. Так, на Преображенском заводе отряд мастеровых присоединился к Хлопуше, захватив с собой 5 пушек. В конце октября Хлопуша вступил на Авзяно-Петровские заводы. Работные люди перешли на сторону Пугачева, захватили и посадили под стражу приказчиков и местных богатеев. Работным людям был прочитан манифест Пугачева. Хлопуша организовал агитацию среди населения завода, казаков, солдат гарнизона и приписных крестьян. Многие из них вступили в его отряд, который насчитывал к тому времени около 500 человек. Переходу на сторону восставших способствовала деятельность Хлопуши при распределении захваченных у заводской администрации трофеев и денежной казны. Из числа последней он своей властью приказал выплатить работным людям жалованье, вернул крестьянам собранную администрацией подушную подать, уничтожил долговые расписки и крепостные купчие. Хлопуша реквизировал имущество землевладельцев. Направляясь обратно в Берду, он взял целый табун лошадей, стада скота и другое ценное имущество, принадлежащее хозяевам заводов.
Выполнил Хлопуша и основное поручение Пугачева. Хотя из-за недостатка мастеров ему не удалось наладить производство пушечных стволов, он забрал все пушки, которые нашел на заводах, и тем самым пополнил артиллерийский парк восставших. Хлопуша организовал также литье ядер и бомб на Авзяно-Петровском заводе.
Пробыв на заводе несколько дней, Хлопуша направился вместе с отрядом и артиллерией в Берду. По дороге он встретился с отрядом Зарубина-Чики, который был отправлен для борьбы с карателями. Хлопуша передал часть отряда Зарубину, который разгромил правительственные войска под командованием генерала Кара.
Пугачев с большим почетом встретил Хлопушу. За его действия на заводах «государь» наградил «беглого каторжника»: Хлопуша был произведен в полковники и назначен командиром отряда «заводских мужиков».
Вскоре Хлопуша получил новое задание. Пугачев поручил ему захватить Ильинскую и Верхне-Озерную крепости — важные тактические центры сопротивления Оренбургской линии. 18 ноября 1773 г. Хлопуша во главе своего полка, насчитывающего около 400 работных людей, выступил в поход. Восставшие овладели крепостью Желтый редут и осадили Ильинскую, которая после штурма оказалась под властью «Петра III». Пополнив свое вооружение трофейными боеприпасами (пушки, порох) и продовольствием, отряд Хлопуши выступил к Верхне-Озерной. Но овладеть крепостью с марша не удалось. Хорошо укрепленная, обороняемая большим отрядом регулярных войск, Верхне-Озерная ожесточенно отражала натиск восставших. Не помогло и прибытие самого Пугачева с вооруженным отрядом. Крепость оставалась в руках правительственных войск.
В декабре 1773 и в январе 1774 г. Хлопуша участвует в осаде Оренбурга. Находясь в первых рядах штурмующих, он проявляет мужество и героизм. В начале февраля Хлопуша вместе со своим полком был направлен Пугачевым на овладение крепостью Илецкая защита. Задание состояло в захвате хлебных запасов и фуража, находившихся в магазинах (складах) крепости. Полк Хлопуши без труда овладел Илецкой защитой, помогли местные казаки, которые перешли на сторону восставших. Осаждающим достались богатые трофеи. Хлопуша захватил 5 пушек, 20 пудов пороха, продовольствие. Бывший каторжник и «душегуб» проявил заботу о жителях крепости, выделив им часть хлеба из правительственных запасов. Здесь, в Илецкой защите Хлопуша освободил несколько десятков колодников. Они отбывали каторгу в соляных копях. В каком состоянии они содержались на подземных работах, можно судить хотя бы по тому, что многие не имели даже рубашки. Полковник Хлопуша выдал им одежду и «разные амуничные вещи», тем самым спасая полураздетых людей в самый разгар оренбургской степной зимы.