Осенью 1865 г. двор вернулся в Петербург. Встречаться в парках в холодную дождливую погоду стало невозможно. Александр подарил Екатерине ключ, открывавший потайную дверь в Зимнем дворце. От нее небольшой коридор вел в маленькую комнату первого этажа с окнами на Дворцовую площадь. Эта комнатка соединялась с бывшими личными апартаментами императора Николая I.
О связи Александра II с юной Долгорукой вскоре стали говорить во всех петербургских салонах. Жена старшего брата Екатерины Черче Маджиоре через некоторое время с удивлением узнала, что светские сплетницы обвиняют ее сводничестве, будто она постаралась таким образом сбыть с рук свою золовку. Она решила, что нужно спасать свое честное имя и честь Екатерины и с согласия Александра II увезла ее на несколько месяцев в Неаполь, к своей семье. Но эта первая и единственная разлука только укрепила чувства влюбленных, каждый день обменивавшихся письмами, и семья Долгоруких перестала сопротивляться роману Екатерины с императором.
Шесть лет этот роман развивался как красивая любовная история и не требовал от Александра II почти никаких особых забот и обязательств, пока осенью 1872 г. Екатерина не сообщила своему возлюбленному, что ждет от него ребенка. Александр растерялся. Он боялся, что беременность еще больше скомпрометирует Долгорукую, и опасался, памятуя о судьбе своей супруги, за здоровье любовницы. Но новое положение мало сказалось на внешности Екатерины Михайловны, и даже ее родственники, у которых она продолжала жить, долго не замечали, что с ней происходит.
Чтобы сохранить все в тайне от большого света, император решил, что рожать Долгорукая будет в Зимнем дворце, в тех тайных николаевских апартаментах, где они столько лет встречались. 11 мая 1873 г., почувствовав схватки, Екатерина одна, не предупредив никого из домашних, отправилась во дворец, куда вошла через знакомую ей дверь. Император немедленно спустился к ней. Успокоенная его присутствием Долгорукая заснула в кресле, так как в их комнате не было даже кровати. Александр, убедившись, что роды еще не начинаются, ушел, чтобы заняться повседневными делами, и оставил ее одну. В три часа ночи его разбудил старый солдат-гренадер, пользовавшийся неограниченным доверием царя и охранявший дверь его любовного гнездышка. Другой доверенный слуга побежал за врачом и акушеркой, а Александр бросился к своей возлюбленной. Когда врач явился, император приказал ему во что бы то ни стало спасти Екатерину, даже если придется пожертвовать ребенком. Но все обошлось, в половине десятого утра Долгорукая родила красивого и здорового мальчика, которому при крещении дали имя Георгий. Незаконный сын императора родился в воскресенье, и отцу пришлось оставить их с матерью и пойти к обедне, где его ожидала царская семья и двор, чтобы никто ничего не заподозрил.
Александр II не мог оставить новорожденного сына во дворце. Он доверил его начальнику личной охраны генералу Рылееву, который поместил ребенка в своем доме в Мошковом переулке, где постоянную охрану несли жандармы и не позволяли никому не только подходить близко к крыльцу, но даже останавливаться на улице. К младенцу приставили кормилицу и опытную гувернантку-француженку.
Но Александру и Екатерине не удалось сохранить свою тайну. В тот же день о случившемся узнал немецкий посол князь де Реус, обладавший развитой агентурой в окружении императора. Он сообщил обо всем невестке Долгорукой, до этого ни о чем не подозревавшей.
Императорскую семью потрясла эта неожиданная новость. Особенно были взволнованы цесаревич Александр Александрович и его ближайшее окружение. Незаконнорожденный единокровный брат мог внести сумятицу в династический уклад клана Романовых. Внешнее спокойствие сохраняла только императрица Мария Александровна. Она еще больше замкнулась в себе и собственных переживаниях. Она давно уже знала о связи императора с Долгорукой, но относилась к ней как к одному из увлечений мужа, ставших уже привычными. Теперь же, после рождения Екатериной ребенка, она почувствовала себя лишней и ненужной. С этого времени ее болезнь стала заметно прогрессировать.
В высшем обществе появление императорского бастарда восприняли с глухим неодобрением. Императору было вольно иметь мимолетные связи и привязанности, но теперь у него появилась фактически вторая семья. И не считаться с Долгорукой уже было невозможно, так как в случае смерти болезненной императрицы она могла стать новой законной женой государя, а потом, может быть, и государыней. Многие возмущались разницей в возрасте между Александром и его возлюбленной и неумением царя сдерживать свои страсти, а также тем оскорблением, которое нанесло Романовым рождение маленького Георгия.
Ситуация усугубилась, когда через полтора года любовница подарила государю второго ребенка – дочь Ольгу. Общее возмущение происшедшим посмел выразить начальник тайной канцелярии граф Петр Андреевич Шувалов. Под видом доносов своих секретных агентов он сообщил Александру, что думают о нем и Долгорукой в высшем свете и при дворе. Император выслушал своего приближенного внешне холодно и спокойно, но через некоторое время не преминул отомстить тому за допущенную дерзость.
Мстительное чувство царя к Шувалову подогрел начальник личной охраны государя Рылеев. Он донес Александру, что граф в кругу своих друзей резко высказывается в адрес Екатерины Михайловны, которая будто бы обладает таким влиянием на императора, что тот на все смотрит ее глазами и полностью зависит от нее в своих поступках.
Александр II умел владеть собой. Он ничем не выказал своей неприязни к Шувалову, оставался с ним неизменно любезен и доброжелателен. Но в июне 1874 г. неожиданно отправил его послом в Лондон, что означало понижение по службе и почетную ссылку.
Неудачный донос Шувалова имел и другие последствия. Поначалу, заботясь о репутации и чувствах первой семьи, Александр крестил своих незаконных детей тайно и собственноручно уничтожил церковные акты, где были поименованы их настоящие родители. Однако сплетни при дворе приобретали все более угрожающий для судьбы Екатерины Долгорукой и императорских бастардов характер. Поэтому царь решил позаботиться об их будущем.
Император как самодержавный монарх мог наградить, кого пожелает, исключительным титулом, и образовать новый дворянский род. Так он и поступил в данном случае. Помня, что Долгорукие, по преданию, ведут свой род от знаменитого Юрия Долгорукого, основателя Москвы и великого князя Киевского, он пожаловал своей любовнице и детям фамилию Юрьевские и титул «светлейшие князья», лишь немного в своем достоинстве уступавший титулу «великие князья», который носили его отпрыски от законного брака.
11 июля 1874 г. он подписал Указ правительствующему Сенату: «Малолетним Георгию Александровичу и Ольге Александровне Юрьевским даруем мы права, присущие дворянству, и возводим в княжеское достоинство с титулом „светлейший“». Указ был тайным, его не обнародовали, и его экземпляр хранился у доверенного человека императора – генерал-лейтенанта Рылеева. Указ, с одной стороны, определенно демонстрировал, что эти дети Александра II не являются полноправными Романовыми и продолжают не царскую династию, а династию своей матери, с другой стороны, подчеркивал, что царь признает их своими через отчество «Александровичи».
В конце 1870-х гг. потрясенный испытаниями Балканской войны с Турцией, измученный государственными заботами император так нуждался в постоянном дружеском участии, что решился поселить свою вторую семью в Зимнем дворце, под одной крышей с императрицей и детьми от законного брака. Княгине Долгорукой отвели трехкомнатные апартаменты на втором этаже. Они соединялись с расположенными ниже личными покоями императора специальной лестницей.
Ситуация сложилась крайне неловкая. Покои императрицы находились рядом с покоями государя. И встречи Александра с любовницей происходили теперь буквально за стеной спальни его жены. Мария Александровна держалась надменно и старалась казаться спокойной и холодной, но внутренне тяжело переживала свое унизительное положение. Однажды она не сдержалась и сказала своей близкой подруге, графине Александре Толстой – воспитательнице великой княжны Марии Александровны: «Я прощаю оскорбления, наносимые мне как монархине, но я не в силах простить тех мук, которые причиняют мне как супруге».