Двоюродный брат ее матери герцог Карл Фридрих Голштинский благодаря своей матери-шведке был претендентом на шведский трон; через свою русскую супругу Анну Петровну он был зятем Петра Великого и имел претензии на русский престол. После ранней смерти Карла (1739 год) кандидатом на оба трона мог стать его одиннадцати летний сын, которого назвали в честь великого шведского короля Карлом, а в честь императора России — Петром. С этим троюродным братом Карлом Петром принцесса Софья познакомилась в год смерти его отца на сборе голштинского дома. Как она сообщала позднее, десятилетняя девочка обратила внимание на то, что «собравшиеся родственники говорили о том, что молодой герцог имеет склонность к пьянству, своенравен, резок и не любит свое окружение».
Важнее той встречи было то, что через голштинцев расширялись отношения с высшим обществом. Старший брат княгини Цербстской, Карл, должен был стать зятем Петра Великого; в 1726 году он обручился с его 17-летней дочерью Елизаветой, но вскоре после этого умер. Оставшись одна, невеста поклялась хранить верность своему жениху и никогда не вступать в брак. Формально она сдержала эту клятву, неформально же позже вышла замуж за графа Разумовского. Однако она сохранила обещанную голштинцам верность и после своего восхождения на трон в Петербурге в 1741 году: Елизавета добилась, чтобы брат княгини Цербстской Адольф Фридрих стал наследником трона Швеции, и назначила ее племянника Карла Петра Голыитейн-Готторпского наследником русской короны.
Теперь энергичная княгиня Цербстская занялась устройством брака своей дочери Софьи с наследником русского престола, который с 1742 года уже находился в Петербурге под именем Петр Федорович. Поскольку брак будущего русского венценосца был, разумеется, политическим делом, в нем приняла участие дипломатия, находившиеся в Петербурге посланники заинтересованных в этом дворов — французского, английского, саксонского и прусского — были в этом замешаны, и не в последнюю очередь обергофмаршал престолонаследника Брюммер, преданный дому своих князей голштинец. Наибольшие перспективы были у одной саксонской принцессы, тем более что ей протежировал очень влиятельный русский вице-канцлер Бестужев-Рюмин. Но именно поэтому, а также с целью расстроить планы проавстрийски настроенного вице-канцлера вмешался прусский король Фридрих II, причем в пользу дочери генерала, которого он с оглядкой на Петербург произвел в фельдмаршалы.
Позднее, когда бывшая прусская генеральская дочка уже давно восседала на русском троне под именем Екатерины II и вызывала восхищение всего мира, Фридрих Великий (в своих histoire de mon temps) утверждал, что русская императрица «elevee of nourrie dans les terres prussiennes» обязана своим счастьем ему, Фридриху. Эта версия затем вошла в историографию, преимущественно немецкую, пока с русской стороны (Бильбасов) не было убедительно доказано, что принцесса Софья обязана своим счастьем не «своему» королю Фридриху, а русской императрице Елизавете. Причем нельзя недооценивать и ее собственную роль в этом счастье.
Императрица без ведома своего вице-канцлера сделала выбор в пользу принцессы Софьи и пригласила ее вместе с матерью в Петербург, чтобы познакомиться с ней лично. Дамы должны были прибыть инкогнито, как графиня Райнебек с дочерью, а отцу избранной невесты было дано понять, что «наша несравненная монархиня распорядилась воспрепятствовать тому, чтобы он прибыл вместе с ними».
В январе 1744 года путешествие было совершено так таинственно, как этого пожелала несравненная русская монархиня. Лишь прусский король не придерживался инструкции. Когда дамы прибыли в Берлин, Фридрих Великий открыто принял их и особенно ухаживал за юной принцессой. Это была их последняя личная встреча. Однако в письменном виде и дипломатически — как суверены — они часто вступали в сношения впоследствии.