Trong khi Pyotr Đại đế đang hấp hối, một nhóm cận thần của ông, kể cả người gốc dân thường đi lên, đều sẽ bị mất mát nhiều nếu giới quý tộc cũ nắm quyền trở lại – cùng nhau quyết định ủng hộ Ekaterina. Nhưng việc lên ngôi của một cô gái quê gốc Latvia, người tình và cuối cùng người vợ của hoàng đế, không phải là đơn giản. Một ứng viên khác là Đại Công tước Pyotr Alexeevich, con trai của Thái tử Alexei. Theo truyền thống của Nga, với tư cách là cháu nội của quân vương tạ thế, anh này có quyền trực tiếp thừa kế ngai vàng, và đa số trong giới quý tộc, tăng lữ cùng dân thường đều xem anh là người kế vị hợp pháp. Qua anh, các gia đình quý tộc danh giá cũ như Dolgoruky và Golitsyn hy vọng có thể phục hồi quyền lực và đảo ngược những cải tổ của Pyotr Đại đế.

Cuộc chạm trán xảy ra vào đêm 27 tháng 1, chỉ vài giờ trước khi Pyotr Đại đế qua đời, khi Thượng viện và những nhà lãnh đạo cấp cao của đất nước nhóm họp để quyết định việc kế vị. Hoàng thân Dmitriy Mikhailovich Golitsyn – thuộc giới quý tộc cũ và hay cổ vũ cho việc chia sẻ quyền lực giữa hoàng đế và giới quý tộc – đề xuất giải pháp dung hòa: Pyotr Alexeevich lên ngôi và Ekaterina làm phụ chính. Pyotr Tolstoy – vốn can dự vào việc xét xử và kết án Thái tử Alexei và vì thế e sợ người con của Alexei lên kế vị – phản đối, cho rằng để một đứa trẻ trị vì là điều nguy hiểm; đất nước cần một người mạnh mẽ, có kinh nghiệm, và chính vì lý do đó mà Pyotr Đại đế đã huấn luyện và đăng quang cho bà vợ của ông.

Khi Tolstoy đang cất tiếng, một số sĩ quan của hai Lữ đoàn Cảnh vệ Preobrazhenskoe và Semyonovsky, trước đó đã lẻn vào phòng họp, lên tiếng ủng hộ. Cùng lúc, một hồi trống nổi lên phía dưới khiến các chính khách bước ra cửa sổ để nhìn xuống. Họ thấy các đội ngũ của Cảnh vệ đang dàn chung quanh hoàng cung. Hoàng thân Aleksandr Borisovich Buturlin, chỉ huy doanh trại Sankt-Peterburg và là một thành viên của phe quý tộc, trở nên giận dữ và hỏi tại sao quân sĩ tụ tập ở đây mà không có lệnh của ông. Vị tư lệnh Cảnh vệ cứng cỏi đáp:

"Thưa Ngài, chúng tôi làm theo mệnh lệnh của phu nhân hoàng đế, Nữ hoàng Ekaterina, mà Ngài, tôi và tất cả thần dân trung thành đều phải tuân lệnh lập tức và vô điều kiện".

Các binh sĩ, nhiều người đẫm nước mắt, hô lên:

"Cha chúng ta đã chết, nhưng mẹ chúng ta vẫn còn sống".

Trong hoàn cảnh như thế, Fyodor Matveyevich Apraksin cất lời đề nghị tôn Ekaterina là Nữ hoàng và Đấng cầm quyền chuyên chính với mọi quyền hạn như vị Hoàng đế phu quân. Lời đề nghị được chấp thuận nhanh chóng.

Sáng ngày sau, người quả phụ 42 tuổi bước vào, mắt đẫm lệ, tựa lên cánh tay của Quận công xứ Holstein-Gottorp, lúc này đã là con rể của bà. Bà vừa cất tiếng nức nở rằng mình bây giờ là "quả phụ và kẻ mồ côi", thì Apraksin quỳ xuống trước mặt bà và tuyên cáo quyết định của Thượng viện. Mọi người trong gian phòng đều tung hô, và binh sĩ Cảnh vệ bên ngoài phụ họa theo. Một bản tuyên cáo ngày hôm đó thông báo cho đế quốc Nga và cả thế giới biết rằng vị hoàng đế mới của nước Nga là một phụ nữ, Nữ hoàng Ekaterina I.

Ngày 8 tháng 3 năm 1725, linh cữu của Pyotr Đại đế được chuyển đến Pháo đài Pyotr và Paul, với Ekaterina dẫn đầu đoàn đưa tang, theo sau là 150 phụ nữ trong triều đình và một đoàn đông đảo các quan chức nhà nước, ngoại giao đoàn và sĩ quan quân đội, tất cả đều để đầu trần dưới trời tuyết rơi. Feofan Prokopovich đọc điếu văn.

Khi lên ngôi, Nữ hoàng Ekaterina I tuyên bố sẽ giữ nguyên mọi chính sách và chương trình cải tổ của Pyotr Đại đế. Là người thực dụng, bà nhanh chóng củng cố quyền lực của mình ở những mặt có hiệu quả nhất: giải tán công nhân của quân đội làm việc trong công trình xây Kênh Ladoga, trả lương cho binh sĩ đúng kỳ hạn, cung cấp quân phục mới,… Bà vẫn tỏ ra thân thiện, cởi mở và hào phóng, đến nỗi các khoản chi tiêu của triều đình nhanh chóng tăng lên gấp ba lần. Bà không ra vẻ tự phụ về việc mình thình lình được tấn phong lên ngôi. Bà thường nói về gốc gác dân thường của bà và mời thân quyến của bà đến kinh đô Sankt-Peterburg để chia sẻ vinh quang của mình.

Năm 1727, ngày 17 tháng 5, Nữ hoàng Ekaterina I băng hà vì bạo bệnh, thọ 43 tuổi. Bà qua đời 2 năm 3 tháng sau khi lên ngôi. Về sau, con gái bà là Elizabeth lên ngôi vào năm 1741, trở thành Nữ hoàng Đế quốc Nga thứ 3, sau bà và Nữ hoàng Anna của Đế quốc Nga.