Nga hoàng Aleksei I giao việc dạy dỗ hoàng tử Pyotr cho một số gia sư, nổi bật hơn cả là Nikita Zotov, Patrick Gordon và Paul Menesius. Ngày 29 tháng 1 năm 1676, Nga hoàng Aleksei I qua đời, truyền ngôi vua cho Fyodor III. Trong suốt thời gian này, cuộc đời thơ ấu của hoàng thân Pyotr trải qua bình lặng, Artamon Matveev - bạn của Aleksei I - nắm phần lớn quyền hành trong triều đình. Nga hoàng Fyodor III qua đời năm 1682 sau sáu năm trị quốc, hưởng dương 20 tuổi. Do Fyodor III không có con, tranh cãi về việc ai là người thừa kế ngôi vua nảy sinh giữa hai gia tộc Naryshkin và Miloslavsky. Pyotr, lúc đó 10 tuổi cùng với người anh cùng cha khác mẹ là Ivan V, 17 tuổi là hai ứng viên của ngôi vua Nga. Do Ivan là một người yếu đuối, Hội đồng Boyar Duma của tầng lớp quý tộc Nga đã tôn Pyotr làm vua, mẹ ông là Natalia trở thành Thái hậu nhiếp chính. Theo truyền thống Nga, nhân dân Moskva đã được thông báo về việc phong vương cho Pyotr, và họ đồng ý. Ông được Tổng Giám mục và đa số lãnh chúa địa phương ủng hộ. Song Natalia lại là người hiền lành, lương thiện, thiếu tinh thần phấn đấu và trí tuệ cũng bình thường[4] và vì thế bà không hợp với vị trí nhiếp chính.

Vài tháng sau, người chị cùng cha khác mẹ của Pyotr, tức chị ruột của Ivan, Sophia Alekseyevna, đã xách động Cấm vệ quân Streltsy làm loạn. Trong cuộc nổi dậy của Cấm vệ quân Streltsy, một số người thân và bạn bè của Pyotr bị giết hại, trong số đó có Matveev. Bản thân Pyotr đã chứng kiến được một số vụ giết người trong cuộc bạo động này.[5] Sau cuộc nổi dậy từ tháng 4 đến tháng 5 năm 1682 của quân Streltsy, công chúa Sophia, gia tộc Miloslavsky (phe cánh của Ivan), cùng đồng minh của họ đã cho Ivan và Pyotr trị vì bên nhau với danh nghĩa đồng Sa hoàng – Ivan là Sa hoàng có vị thế cao hơn - là Sa hoàng đệ nhất, còn Pyotr chỉ là Sa hoàng đệ nhị. Công chúa Sofia Alekseyevna được cử làm Phụ chính. Quyền lực trong triều đình thực sự nằm trong tay Sofia.