Tháng 11 năm 1707, Pyotr Đại đế kết hôn với Ekaterina. Hôn lễ được cử hành trong nghi thức riêng tư ở Sankt-Peterburg mà không có gì phô trương. Trong một thời gian, ngay cả khi Ekaterina đã sinh cho ông ba, rồi bốn, rồi năm đứa con, ông vẫn giữ bí mật về hôn lễ này đối với thần dân của ông, ngay cả đối với các bộ trưởng của ông và vài thành viên trong gia tộc ông.

Ekaterina cảm thấy mãn nguyện với vị thế mới và không đòi hỏi gì hơn, nhưng khi bà tiếp tục đẻ thêm con cho ông, ông vẫn lo lắng cho bà. Tháng 3 năm 1711, trước khi lên đường đi đánh Thổ Nhĩ Kỳ, Sa hoàng triệu tập em gái Natalya, chị dâu Praskovaya và hai con gái của Praskovaya. Giới thiệu họ với Ekaterina, ông cho họ biết Ekaterina là vợ của ông và phải được xem là Hoàng hậu nước Nga. Ông nói ông định kết hôn với Ekaterina một cách công khai càng sớm càng tốt, nhưng nếu ông có chết trước, họ phải chấp nhận Ekaterina là quả phụ chính thức của ông.

Tháng 2 năm 1712, Pyotr Đại đế giữ lời hứa và kết hôn với Ekaterina lần nữa – lần này với hồi trống và hiệu kèn, có sự tham dự của ngoại giao đoàn, với yến tiệc huy hoàng và chương trình bắn pháo bông để ăn mừng. Trước khi cử hành hôn lễ, Ekaterina đã nhận lễ rửa tội công khai để gia nhập Giáo hội Nga, với Thái tử Alexei nhận làm người đỡ đầu. Từ đó về sau, vị Hoàng hậu chính thức được gọi là Ekaterina Alexeevna.

Người vợ mới của Pyotr Đại đế có những tố chất hay đẹp mà ông không bao giờ tìm thấy ở những phụ nữ khác. Bà có tính nồng nàn, vui vẻ, đầy tình cảm, rộng lượng, dễ thích nghi, dễ cảm thấy thoải mái, có sức khỏe tốt và nguồn sinh lực dồi dào. Trong số những người quanh Pyotr Đại đế, bà và Menshikov có thể theo gần kịp Pyotr về sức làm việc và động lực. Ekaterina có trực giác tự nhiên để nhìn ra ngay sự tâng bốc hoặc dối trá. Lời lẽ của bà, giống như Pyotr, đều giản dị, trực tiếp đi vào vấn đề và thành thực. Trong riêng tư, bà có thể thả mình vào vui đùa và đối xử với Pyotr Đại đế như là cậu thanh niên trưởng thành; nơi công cộng bà biết tế nhị mà lui vào hậu trường. Bà có đủ trí thông minh và cảm thông để thấu hiểu những gánh nặng cũng như những tâm tính của Pyotr Đại đế. Bà luôn hòa nhã, không thấy bị xúc phạm dù cho ông có u sầu hoặc dữ dằn đến đâu.

Bà làm tốt hơn những người khác khi đối phó với cơn co giật của Pyotr Đại đế. Khi những triệu chứng đầu tiên xuất hiện, người chung quanh sẽ chạy đi cấp báo với Ekaterina, và bà sẽ đi đến lập tức, giữ chặt cho ông nằm xuống, đặt đầu ông kê lên lòng mình, nhẹ nhàng vuốt tóc và hai bên trán ông cho đến khi cơn co giật dịu xuống và ông chìm vào giấc ngủ. Trong khi ông ngủ, bà ngồi yên lặng hàng giờ, ôm lấy đầu ông, nhẹ nhàng vuốt ve khi ông trở mình. Pyotr Đại đế luôn trở lại tỉnh táo khi thức dậy. Nhưng ông cần có bà ở nhiều mặt khác hơn là việc chăm sóc. Tố chất trí tuệ và tình cảm của bà giúp cho bà có thể không những xoa dịu ông, chơi đùa với ông, thương yêu ông, mà còn tham dự vào cuộc đời thầm kín của ông, trao đổi với ông về những vấn đề nghiêm túc, bàn bạc về những quan điểm và dự tính của ông, khích lệ những hy vọng và ước nguyện của ông. Không những ông được thoải mái nhờ có bà hiện diện kế bên, mà còn được vui và cảm thấy quân bình khi bà chuyện trò với ông.

Pyotr Đại đế không bao giờ chú tâm nhiều đến phụ nữ để tìm nhục dục. Ông không có thời giờ trửng giỡn với phụ nữ theo cách sống trong hậu cung.[cần dẫn nguồn] Sau khi kết hôn với Ekaterina, đôi lúc ông có nhân tình, nhưng họ không mấy đi vào tâm tư ông và không là gì đối với ông. Trong đời ông, Pyotr Đại đế chỉ quan tâm sâu sắc đến bốn phụ nữ: mẹ, em gái, Anna Mons và Ekaterina. Trong bốn người này, mẹ ông ở vị trí cao nhất, và Ekaterina được kể đến một phần do bà trở thành người mẹ thứ hai của ông.[cần dẫn nguồn] Tình yêu toàn vẹn, không thắc mắc mà bà dành cho ông tương tự như tình mẹ, luôn luôn kiên định khi cậu bé có hành vi bê bối. Vì lý do này, ông hoàn toàn tin nơi bà. Cũng giống như mẹ ông, bà có thể đến bên ông ngay cả trong thời khắc điên cuồng khó kiểm soát để làm cho ông dịu xuống. Trong vòng tay của bà, ông có thể trải qua những đêm yên bình. Dần dà, càng ngày Ekaterina càng chiếm ngự thêm trong cuộc đời và con tim của Pyotr Đại đế. Có thể đôi lúc ông không trung thành khi có phụ nữ trẻ đẹp bên mình, nhưng Ekaterina chỉ điềm tĩnh mỉm cười vì an tâm mà biết rõ ông không thể thiếu bà.[cần dẫn nguồn]

Tình bằng hữu và tình yêu – cũng như sức khỏe và sự chịu đựng của Ekaterina – được thể hiện qua 12 đứa con: 6 trai và 6 gái. Mười đứa chết non. Sử gia khổ sở khi đọc qua các tên và ngày, vì Pyotr và Ekaterina đặt cùng một tên vài lần, hy vọng rằng đứa nhỏ mới tên Pyotr hoặc Paul hoặc Natalia sẽ may mắn hơn đứa trước cùng tên. Hai người con lớn đến tuổi trưởng thành là Anna Petrovna, sinh năm 1708, sẽ trở thành Nữ Quận công xứ Holstein-Gottorp và mẹ của Sa hoàng Pyotr III; người kia là Yelizaveta, sinh năm 1709, Nữ hoàng Nga trong giai đoạn 1740-1762. Mặc dù con trẻ yểu mệnh là chuyện thường xảy ra vào thời này, vẫn không làm nhẹ thương đau của một người mẹ cứ phải chịu mang nặng rồi đẻ đau, ban đầu hy vọng rồi cuối cùng tang tóc.

Theo mọi phương diện, Ekaterina hiện thân cho sự tương phản với đời sống trong biệt cung. Nhờ có sức khỏe của một thôn nữ rắn chắc và ý thiết tha muốn kề cận người chồng, bà thường xuyên di chuyển cùng Pyotr Đại đế khắp nước Nga, đến Ba Lan, Đức, Đan Mạch và Hà Lan. Bà tháp tùng Pyotr trong hai chiến dịch chống Thổ và Ba Tư, chịu đựng gian khổ mà không than phiền. Cưỡi ngựa suốt hai, ba ngày, ngủ trong lều hoặc trên nền đất gần tiếng ầm ì của đại bác, ngay cả khi thấy một người hầu cận trúng đạn – tất cả đều không làm bà sờn lòng.

Bà không phải là người kiểu cách hoặc tinh tế, nhưng là người đồng hành mà Pyotr Đại đế muốn giữ bên mình ngay cả khi chè chén trong đám bạn bè của ông. Ekaterina thường thân ái chiều theo ông, nhưng cũng có thể tạo ảnh hưởng để ông kềm chế mà không làm ông nổi giận. Trong một buổi chè chén như thế, Ekaterina đến gõ cửa nơi Pyotr Đại đế và đám bạn khóa kín bên trong và nói: "Đã đến lúc về nhà".[cần dẫn nguồn] Cánh cửa mở và vị Sa hoàng ngoan ngoãn theo bà ra về.

Nhưng Ekaterina không phải là kiểu cách hoặc nhiễm nam tính đến nỗi bỏ qua thú vui của phụ nữ.[cần dẫn nguồn] Bà học khiêu vũ và có thể thực hiện những bước phức tạp uyển chuyển, và sau đó cũng tập cho con gái Yelizaveta khiêu vũ. Ekaterina cũng thích trang phục và nữ trang đẹp. Bà có thể là người vợ của một chiến binh và ngủ trong lều, nhưng sau khi chiến dịch kết thúc, bà lại thích mang nữ trang, vận áo choàng lộng lẫy và sống trong cung điện.

Tình cảm giữa Pyotr Đại đế và Ekaterina ngày càng sâu đậm, và điều này được thể hiện sinh động nhất qua thư từ hai người trao đổi nhau. Lời thư của mỗi bên đều tốt lành, quan tâm và dịu dàng, pha chút giễu cợt về chuyện riêng tư giữa hai người. Qua các bức thư này, người ta có thể tin chắc rằng một người đàn ông – với thời tuổi trẻ bị nhuốm bạo lực, với cuộc sống ngoài công cộng đầy đấu tranh, và với cả gia tộc nhìn thấy thảm kịch khủng khiếp ập lên Hoàng hậu vợ của Alexei – ít nhất đã có những khoảnh khắc hạnh phúc. Qua Ekaterina, Pyotr Đại đế đã tìm thấy một hòn đảo giữa những cơn giông tố.

Chính Ekaterina là người có thể đối phó với những cơn giận dữ bất chợt của Pyotr Đại đế. Bà không sợ hãi ông, và ông biết điều đó. Một lần, khi bà cố đề cập đến một vấn đề vốn đã khiến cho ông phát cáu, ông nổi cơn thịnh nộ và đập vỡ một tấm kính đẹp, la lối:

"Thế là ta có thể phá hủy món đẹp nhất trong cung điện của ta!"

Ekaterina hiểu ý nghĩa của câu đe dọa, nhưng nhìn thẳng vào mặt ông và điềm tĩnh đáp:

"Làm như thế ông đã giúp cho cung điện đẹp đẽ hơn hay sao?"

Bà tỏ ra khôn ngoan không bao giờ chống đối ông trực diện, nhưng tìm cách cho ông nhìn ra sự việc theo khía cạnh khác.

Một dịp khác, bà lợi dụng con chó có tên Lisette mà ông yêu mến để làm dịu cơn giận của ông. Mỗi khi ông về nhà, con chó nhỏ này luôn đi theo ông, và khi ông ngủ trưa luôn nằm bên chân ông. Vào thời gian đó, Pyotr đang giận dữ với một người trong triều đình mà ông kết án tham nhũng và dọa sẽ xử tội bằng hình phạt đánh roi. Mọi người trong triều đình, kể cả Ekaterina, tin rằng người này vô tội, nhưng mọi lời can gián chỉ khiến cho ông nổi giận thêm. Cuối cùng, để được sự an bình cho mình, Pyotr ra lệnh cấm mọi người nói gì về việc này. Ekaterina không chịu thua. Bà soạn một bản trần tình ngắn dưới tên Lisette, trình bày chứng cớ mạnh mẽ cho thấy người kia là vô tội, và nhân danh sự trung thành tuyệt đối của Lisette dành cho ông, van xin ông tha thứ. Rồi bà cột bản trần tình vào vòng đeo cổ của con chó. Khi Pyotr đi họp ở Thượng viện trở về, con chó trung thành Lisette nhảy nhót chung quanh ông như thường lệ. Pyotr đọc bản trần tình, mỉm cười một cách mệt mỏi rồi nói:

"Được rồi, Lisette, vì đây là lần thứ nhất mi van nài, ta chấp nhận lời cầu xin của mi".

Vào tháng 4 năm 1719, định mệnh giáng xuống Pyotr Đại đế và Ekaterina một đòn đau khổ. Cái chết của Thái tử Alexei đã tạo vấn đề trong việc truyền ngôi. Pyotr chỉ còn hai hoàng tử trong thứ tự lên ngôi: Pyotr Petrovich, con trai với Ekaterina; và Pyotr Alexeevich, đứa cháu nội, con của Alexei. Người chú Pyotr Petrovich luôn được sự chăm sóc tận lực của cha mẹ, nhưng không hề được khỏe mạnh như đứa cháu với tuổi nhỏ hơn 4 tuần.

Vào tháng 2 năm 1718, khi Alexei bị truất quyền kế vị, Pyotr Petrovich mới lên 2 tuổi. Giới quý tộc và tăng lữ Nga cất lời thề trung thành với đứa con này của Pyotr và Ekaterina. Mười bốn tháng sau, cậu Thái tử theo Alexei về bên kia thế giới lúc mới lên 3 tuổi rưỡi.

Cái chết của đứa con cưng, mà Pyotr Đại đế đã đặt mọi kỳ vọng cho tương lai của nhà Romanov, làm cho ông cực kỳ đau khổ. Ông đập đầu mạnh vào tường cho đến nỗi lên cơn động kinh; rồi trong ba ngày ông giam mình trong một căn phòng kín mà không chịu dùng bữa, không đi ra ngoài và không nói với ai qua khung cửa. Công việc của chính phủ bị ngưng trệ, cuộc chiến với Thụy Điển bị bỏ quên, công văn và thư từ không được phúc đáp. Ekaterina cố dằn cơn đau khổ, lo lắng cho tình trạng của Pyotr Đại đế, vừa than khóc vừa xin Hoàng thân Jacob Dolgoruky giúp đỡ. Vị Thượng Nghị sĩ thứ Nhất cố an ủi Hoàng hậu đang sợ hãi, rồi triệu tập toàn thể Thượng viện đến trước của phòng của Pyotr. Ông gõ cửa, nhưng không có tiếng trả lời. Ông gõ cửa lần nữa, cất tiếng nói với Sa hoàng rằng ông đến đây với cả Thượng viện, rằng đất nước cần đến Sa hoàng, và nếu Sa hoàng không mở cửa, ông chỉ còn cách duy nhất để cứu nguy cho ngai vàng là bắt buộc phải phá cửa vào để mang quân vương ra ngoài.

Cánh cửa mở, Pyotr Đại đế nhợt nhạt và hốc hác đứng trước mặt mọi người. Ông hỏi:

"Có chuyện gì thế? Tại sao các người đến quấy rầy trong lúc ta đang nghỉ ngơi?"

Dolgoruky trả lời:

"Bởi vì khi Ngài rút lui và buồn khổ quá mức, cả đất nước lâm vào tình trạng bất ổn".

Pyotr Đại đế cúi đầu, trả lời: "Ông nói đúng". Rồi Sa hoàng đi với họ đến thăm Ekaterina. Ông dịu dàng ôm lấy bà và nói: "Chúng ta đã tự làm khổ mình quá lâu. Ta không nên than phiền chống lại ý muốn của Thượng đế nữa".

Một lần, khi Pyotr Đại đế đi chiến dịch phải vắng nhà một thời gian, Ekaterina chuẩn bị cho ông sự ngạc nhiên. Biết rằng ông thích xây cất dinh thự mới, bà ra lệnh bí mật xây một cung điện đồng quê, cách Sankt-Peterburg hơn 20 kílômét về hướng tây-nam. Ngôi cung điện được xây bằng đá, gồm 2 tầng, chung quanh là hoa viên và cây ăn trái, tọa lạc trên một ngọn đồi nhìn xuống khoảng bình nguyên mênh mông trải dài đến sông Neva và thành phố Sankt-Peterburg. Khi Pyotr Đại đế trở về, Ekaterina thông báo cho ông biết rằng mình vừa tìm được một vị trí nên thơ trống trải "nơi mà Hoàng thượng sẽ không lấy làm phiền hà xây một ngôi nhà thôn dã nếu muốn, nhưng xin Ngài chịu khó đi xem". Pyotr lập tức hứa sẽ đi và xây bất kỳ ngôi nhà nào theo ý bà thích "nếu vị trí đúng như miêu tả của nàng".[cần dẫn nguồn] Sáng ngày kế, một đoàn đông đảo lên đường, theo sau là xe goòng chở cái lều nói là để căng ra che nắng cho bữa ăn trưa. Khi đến chân một ngọn đồi, con đường đi lên dốc, và khi đến cuối con đường hai bên trồng cây che bóng mát, thình lình Pyotr trông thấy ngôi nhà. Ông vẫn còn kinh ngạc khi đến trước thềm cửa ngôi nhà và Ekaterina nói với ông: "Đây là ngôi nhà thôn dã mà thiếp đã xây cho hoàng đế của thiếp". Pyotr Đại đế vui sướng cùng cực và dịu dàng ôm lấy bà vợ, nói: "Ta biết nàng muốn cho ta thấy rằng có những cảnh quan đẹp đẽ chung quanh Sankt-Peterburg dù không phải ở trên mặt nước". Ekaterina dẫn ông đi xem qua các nơi trong ngôi nhà, rồi đi đến phòng ăn rộng, nơi đã đặt sẵn một bàn tiệc thịnh soạn. Ông chúc mừng bà vợ về chất lượng kiến trúc, và Ekaterina chúc mừng chủ nhân của ngôi nhà mới. Một việc khiến cho Pyotr Đại đế thêm ngạc nhiên và thích thú là, khi họ vừa chạm cốc, 11 khẩu đại bác ẩn giấu trong khu hoa viên bắn ra một loạt đạn chào mừng. Khi màn đêm buông xuống, Pyotr nói ông không thể nhớ ra có ngày nào ông cảm thấy hạnh phúc như ngày này.

Pyotr Đại đế càng tôn trọng và yêu quý người vợ hơn khi Ekaterina tháp tùng ông trong hai chiến dịch quân sự ở Prut và Ba Tư. Bà đã mang danh hiệu hoàng hậu với tư cách là vợ của hoàng đế, nhưng bây giờ, khi ông đối diện với tương lai không có con trai, ông muốn đi xa hơn. Bước đầu, trước khi ông và Ekaterina lên đường đi chiến dịch Ba Tư, là ban hành chỉ dụ về quyền kế vị. Chỉ dụ này bãi bỏ truyền thống kế vị của con trai Sa hoàng. Kể từ nay, mỗi quân vương tại vị có toàn quyền chỉ định người kế vị. Chỉ dụ cũng đòi hỏi quan chức và thần dân tuyên thệ chấp nhận người do Hoàng đế chỉ định.