Императрица предоставила сыну «свободу выбора», но на всю процедуру выделила всего три дня. Павел должен был принять судьбоносное решение после нескольких светских бесед и парадных трапез. На третий день Павел уже точно знал: его женой может стать только Вильгельмина. Екатерина этот выбор одобрила, хотя и не без удивления: Вильгельмина представлялась ей «замухрышкой с прыщавым лицом». На следующий день Императрица обратилась к Ландграфине с официальным предложением, на которое тут же было дано согласие.
Павел, как цельная и бескомпромиссная натура, принимал решения бесповоротно. Он уже несколько недель только и слышал о том, что Вильгельмина – самая умная и самая серьезная среди прочих принцесс. Ему об этом говорили не раз, но самое весомое мнение высказал Никита Панин, разделявший подобную точку зрения. Панин в глазах Цесаревича являлся бесспорным моральным авторитетом. Когда Павел лично увидел и поговорил с Вильгельминой, то он уже питал к ней расположение, быстро перераставшее в большое чувство.
Через три недели после первой встречи Павла и Вильгельмины Ландграфиня Каролина сообщала своему ментору Королю Фридриху: «Никогда не забуду, что я обязана Вашему Величеству устройством судьбы моей дочери Вильгельмины. Великий князь, сколько можно заметить, полюбил мою дочь и даже более, чем я смела ожидать».
Далее события начали развиваться с неумолимой быстротой. К Вильгельмине немедленно был приставлен архиепископ Платон, начавший обучать её нормам Православия. Будущая Цесаревна обязана была быть православной. 15 августа в церкви Зимнего Дворца совершилось миропомазание принцессы Вильгельмины, которая получила новый титул и новое имя – Великая княжна Наталия Алексеевна. На следующий день, 16 августа, в церкви Летнего Дворца состоялось обручение Цесаревича Павла и княжны Натальи.
Императрица Екатерина невероятно спешила: она хотела как можно быстрей закончить «дельце» и выпроводить Каролину с двумя дочерями и их свитой за пределы Империи. Соглядатаи и наушники Короля Фридриха в своём окружении ей были не нужны. Молодая Великая княжна, которой в июне 1773 года только исполнилось восемнадцать лет, которая ещё ни слова не понимала по-русски, не знала наизусть ещё ни одной молитвы, должна была идти под венец с Наследником Престола и принять титул Цесаревны.
Бракосочетание состоялось 29 сентября 1773 года в Казанской церкви Петербурга. Свадьба была отмечена пышными торжествами, продолжавшимися в столице двенадцать дней. Гремели салюты, сверкали фейерверки, приемы и балы следовали сплошной чередой. О состоянии Павла Петровича в этот период ничего не известно; какие-либо документы на сей счёт отсутствуют.
После женитьбы Павел Петрович заметно изменился: он стал более мягким и открытым, его глаза светились теперь радостью, а на публике он блистал красноречием и уже не искал уединения. Будучи рыцарем по натуре, он поклонялся любимой женщине, как его литературный герой Дон Кихот. Павел не видел в Наталье никаких недостатков и при каждом случае всем рассказывал о её добросердечии, воспитанности и уме.
Екатерина, для которой всё, что было связано с сыном, являлось вопросом первостепенным, заметила эту перемену. В своём окружении она произнесла фразу, которую потом передавали из уст в уста: «Я обязана Великой княгине возвращением мне сына и отныне всю жизнь употреблю на то, чтоб отплатить ей за услугу эту». Влюбленность же Павла вызывала у нее ухмылку: глупый наивный человек, ничего не понимающий в жизни!
Однако Екатерина оставалась сама собой; она никогда надолго не давала забыть, что именно она вершительница дел на земле, что только она вправе распоряжаться всем и вся по личному усмотрению. В ноябре 1773 года она назначила на место, которое занимал ранее Никита Панин, своего доверенного человека генерала Николая Ивановича Салтыкова (1736–1816), который должен был отныне заведовать Двором Цесаревича. Павел Петрович Салтыкова почти не знал; это был чужой для него человек, получивший по инструкции Императрицы огромные полномочия: заведовать штатом и распорядком двора Цесаревича, определять круг приглашённых к столу, следить за всеми сторонами повседневного уклада.