4 września 1674, 28 listopada 1677).
Ojcostwo cara Aleksego było kwestionowane na dworze carskim, gdyż dzieci urodzone przez Natalię były wyjątkowo wysokie, ładne i zdrowe, w przeciwieństwie do carewiczów i carówien których matką była jej poprzedniczka. Natalię podejrzewano o romans z patriarchą Nikonem i dworzaninem Tichonem Striechniewem, którego sam Piotr, już jako dorosły człowiek, zapytał wprost, czy jest jego biologicznym ojcem. Car Aleksy nie zwracał uwagi na plotki o żonie.
Nowej żonie Aleksego był niechętny ród Miłosławskich oraz najstarsze córki Aleksego: Zofia i Marfa.
Natalia jako caryca zaczęła przejawiać ambicje polityczne i chciała mieć wpływ na politykę kraju. Została wdową w nocy z 29 na 30 stycznia 1676 r. Na tron wstąpił syn Aleksego i jego pierwszej żony Marii, niepełnosprawny Fiodor III. Natalia i jej stronnicy próbowali dokonać przewrotu pałacowego, lecz bezskutecznie.