После поражения под Казанью восстание Емельяна Пугачёва не закончилось, однако потеряло прежний размах.

Многие казаки и крестьяне убедились в том, что разноплеменное воинство крестьянского вождя, плохо вооружённое и организованное, не в состоянии нанести поражение регулярной армии. Подполковник Иван Иванович Михельсон буквально шёл по следам пугачёвцев, не позволяя им отдохнуть и пополнить свои ряды. Пугачёв ещё имел локальные успехи и даже брал города, но не мог их удержать и быстро отходил при приближении правительственных войск. Последним крупным мероприятием восставших перед решающей битвой стал неудачный штурм Царицына, в ходе которого они понесли значительные потери.
Чтобы не тратить время, Михельсон не отвлекался на разгром небольших отрядов повстанцев. Окончательно настичь Пугачёва ему удалось возле селения Чёрный Яр, близ так называемой Солениковой ватаги (рыбопромыслы купца Соленикова). Емельян Иванович всеми силами старался избежать решающей схватки, однако обстоятельства этому не благоприятствовали. Боевой дух его армии после многочисленных неудач был невысоким, в среде казацкой старшины зрел заговор. Кроме того, прошедший Семилетнюю войну Пугачёв прекрасно понимал все преимущества противника, который даже малым числом мог опрокинуть многочисленные орды его сторонников.
Генеральная баталия состоялась пятого сентября 1774 года. Восставшие поставили впереди своей армии артиллерию, а за ней разместили пехоту. Михельсон, в свою очередь, расположил пехоту в центре, а кавалерию – на флангах. Бой начался со взаимного артиллерийского обстрела, в котором преимущество оставалось на стороне правительственных войск. Это не было случайностью, ведь своих пушкарей Пугачёв набирал из случайных людей, едва справлявшихся со своими обязанностями.
Чтобы окончательно лишить повстанцев орудий, Михельсон бросил на них кавалерию. Ему без особого труда удалось создать в рядах восставших панику и захватить артиллерийский парк. Когда в бой пошла пугачёвская пехота, то подполковник сначала расстрелял её картечью, а потом снова бросил в бой кавалерию. Донцы и солдаты Чугуевского конного полка легко опрокинули нестройные ряды повстанцев, а потом начали их жестокое преследование. При этом очень многие пугачёвцы погибли или попали в плен.
Пугачёв, наблюдавший за сражением, попытался сплотить остатки своей армии и бросить её в сражение. Как и следовало ожидать, из этой затеи ничего не вышло. Кавалеристы регулярной армии рассекли ряды пугачёвской кавалерии, заставив народного вождя бежать во главе небольшого отряда соратников. В этот момент армия Пугачёва прекратила существование, и Михельсон мог считать свою миссию практически выполненной.
Окончательный разгром повстанцев убедил окружение самозванца в том, что дальнейшего смысла в продолжении борьбы нет. В то же время Пугачёв был полон новых планов и верил в свою счастливую звезду. 19 сентября он был схвачен заговорщиками, доставлен в Яицкий городок и помещён в тюрьму. Начались долгие допросы, в ходе которых были установлены детали самозванства Емельяна Ивановича и его соратников. После этого мятежника в цепях доставили в Москву, где публично казнили на Болотной площади. Его имя было официально предано проклятию, а большинство соратников оказалось на каторге, где и закончило свои дни.