Aastal 1724 kroonis ta keisrinnaks oma teise abikaasa Katariina. Keiser oli temaga elanud alates 1703. aastast, mil ta kohtas teda oma parima sõbra Aleksandr Menšikovi juures. Legend: "Kahekümneaastane endine leedu talutüdruk ja teenija, kelle nimi oli siis Marta Skawronska, oli Menšikovi armuke. Varsti sai temast Peetri armastatu." Abiellusid nad 1712 ning siis võttis naine ka nimeks Katariina (Jekaterina). Naine sünnitas keisrile mitu last, nii enne kui ka pärast abiellumist.