В середине января 1774 года отряд Белобородова подошел к последней из крепостей, охраняющих Большую Московскую дорогу, — к Гробовской. Там начались волнения. Местные жители по собственной инициативе арестовали прибывшую из Екатеринбурга команду в сто человек и передали крепость Белобородову.
Во время похода по крепостям, охранявшим Большую Московскую дорогу, отряд Белобородова вырос и окреп. Он стал грозной силой для врагов «императора Петра III» и вместе с тем возбуждал радость и надежду среди крестьян и заводских людей Урала.
От Гробовской крепости путь на Екатеринбург шел по заводам, расположенным на притоках реки Чусовой. Первым из них был Билимбаевский завод барона А. С. Строганова, находящийся в аренде у придворного ювелира И. Лазарева с братьями.
Это был один из самых крупных железных заводов на Урале. Его оборудование состояло из двух домен и одного молота. В течение последних пяти лет перед восстанием завод выплавлял по 172 тысячи пудов чугуна в год. Население его составляло более 2100 человек. Заводские рабочие были крепостными, переведенными из различных имений Строгановых. Завод был защищен от нападений со стороны башкир. Заводские постройки и часть заводской слободы с западной и южной сторон окружала крепостная стена с башнями и рогатками, а с северной и восточной — заводской пруд.
Известие о приближении пугачевского отряда пришло на завод еще 8 января и сразу вызвало сильное волнение. «Рассказы о поступках Пугачева, об его ненависти к помещикам и боярам, — сообщал писарь этого завода, впоследствии полковник крестьянской армии Верхоланцев, — всегда возмущали народ против начальников…». Билимбаевцы тайком уходили к Белобородову и звали его поскорее на завод.
17 января на Билимбаевском заводе вспыхнуло восстание. Заводские работы были остановлены. Домна была «застужена». Рабочие начали расправляться с неугодными им заводскими служителями. Царский капитан Ерапольский, недавно прибывший в Билимбай с командой в 200 человек и с «немалой артиллерией», поспешно отбыл с завода, оставив несколько пушек и часть провианта. Вслед за ним неожиданно ушла и другая команда во главе с поручиком Сергеевым.
Отряд Ивана Белобородова в «великом числе» 18 января 1774 года занял Билимбаевский завод. Рабочие радостно встретили его. Они вынесли на площадь конторские книги и заводской архив и сожгли их при радостных криках: «Горите наши долги». Все были полны уверенности, что настала новая жизнь.
Белобородов быстро набрал на заводе 500 человек «с ружьями и копьями» в казаки. Отряд имел пять пушек и пять пудов пороху. Продовольствие отряд стал получать из заводского магазина.
Через два дня Белобородов был уже на соседнем Нижне-Шайтанском Васильевском заводе, расположенном в восьми верстах от Билимбая. Этот завод, средний по размерам производства, имел одну домну и три молота. Рядом с ним был расположен молотовой Верхне-Шайтанский завод. Здесь в заводских слободах жило около тысячи человек.
Заводы раньше принадлежали Н. Н. Демидову, потом он подарил их братьям своей жены Ширяевым. При новых владельцах порядки на заводах не изменились. Как и раньше, здесь процветала палочная дисциплина. Это не всегда сходило с рук эксплуататорам. В 1771 году один из братьев Ширяевых — Ефим — был убит с согласия местных рабочих известным разбойником Рыжанкой, тем самым, которого уральский фольклор называл «золотым атаманом», считая его народным мстителем. В «Тайном сказе про атамана Золотого» говорится, что причиной убийства Ширяева послужили издевательства заводчика: он «уж так над рабочими людьми изгаляется, дальше идти некуда — не то что девке — бабе в тягости проходу не дает… Одно слово срамота. А людей без счета держали в железах, в колодках прикованных».
Рабочие Нижне-Шайтанского завода, узнав о приближении пугачевского отряда, заволновались. Смельчаки убежали «подговаривать» Белобородова. Отряд капитана Ерапольского, прибывший сюда из Билимбая, в панике отступил с завода в деревню Решету, находившуюся в 23 верстах от Екатеринбурга.
Иван Белобородов нашел на Нижне-Шайтанском заводе радушный прием. Заводские жители «в немалом числе» встретили его на плотине с хлебом и солью. Во главе рабочих были Иван Демидов и Сазон Ребров.
Завод стал главной опорной базой восстания на Среднем Урале. Здесь шло формирование пугачевских отрядов. Отсюда пугачевцы распространяли свою власть на другие заводы Урала и вели борьбу за Екатеринбург.
Екатеринбург в начале семидесятых годов XVIII века представлял собой крупный населенный пункт. Город являлся центром управления горными заводами Урала и Сибири. В нем было почти полторы тысячи домов и около восьми тысяч жителей. Город был плохо защищен. Лишь старую часть Екатеринбурга, расположенную по обеим сторонам завода, окружал земляной вал с глубоким рвом и деревянными рогатками. Новые жилые кварталы совсем не имели каких-либо укреплений.